Контрольная работа по "Материаловедению"

Рисунок 15. Механизм перемещения  атомов в кристаллической решетке металла

Наиболее легко диффузия протекает  по поверхности и границам зерен, где сосредоточены дефекты кристаллического строения (вакансии, дислокации и т.д.).

 

Литейные сплавы на основе алюминия (силумины)

 

Литейные алюминиевые сплавы.

Литейные сплавы содержат почти  те же легирующие компоненты, что и  деформируемые сплавы, но в значительно  большем количестве (до 9-13% по отдельным компонентам). Литейные сплавы предназначены для изготовления фасонных отливок. Выпускают 35 марок литейных алюминиевых сплавов (АЛ), которые по химическому составу можно разделить на 5 групп. Например, алюминий с кремнием (АЛ2, АЛ4, АЛ9) или алюминий с магнием (АЛ8, АЛ 13, АЛ22 и др.).

Алюминиевые литейные сплавы маркируют  буквами АЛ и цифрой, указывающей  условный номер сплава. Сплавы алюминия На основе кремния И называют силуминами . Силумины обладают высокими механическими и литейными свойствами: высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, достаточно высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью. Сплавы на основе алюминия и магния имеют высокую удельную прочность, хорошо обрабатываются резанием и имеют высокую коррозионную стойкость. Свойства алюминиевых литейных сплавов существенно зависят от способа литья и вида термической обработки. Важное значение при литье имеет скорость охлаждения затвердевающей отливки или скорость охлаждения при ее закалке. В общем случае увеличение скорости отвода тепла вызывает повышение прочностных свойств. Поэтому механические свойства отливок при литье в кокиль (металлические литейные формы) выше, чем при литье в песчано-глинистые формы (см. табл.). Литейные алюминиевые сплавы имеют более грубую и крупнозернистую структуру, чем деформируемые. Это определяет режимы их термической обработки. Для закалки силумины нагревают до температуры 520-540 ° С и дают длительную выдержку (5-10 ч), для того чтобы полнее растворить включения. Искусственное старение проводят при 150-180 ° С в течение 10-20 ч.Для улучшения механических свойств силумины, содержащие более 5% кремния, модифицируют натрием. Для этого в расплав добавляют 1-3% от массы сплава соли натрия (2/3 NaF + 1/3 N ACL ). При этом снижается температура кристаллизации сплава и измельчается его структура . 

 

 

 Литейные алюминиевые сплавы. 

 

Марка	Способы литья	Вид термической обработки	Предел прочности при  растяжении, а В МПа	Твердость, HB	Назначение
АЛ2	зм, вм, км, к, д зм, вм, км, к, д	-    Отжиг	150-160    140-150	50    50	Малонагруженные детали (корпуса  приборов, кронштейны и т. И.)
АЛ4	з, в, к, д к, д зм, вм, к	- Старение Закалка и полное старение	150 200 230	50 70 70	Крупные нагруженные детали (корпуса компрессоров, картеров, блоков)
АЛ9	з, в, к, д з, в, к, д з, в зм, вм	- Отжиг Закалка Закалка и полное старение	170 140 180	50 45 50	Детали средней нагруженности  сложной конфигурации (головки цилиндров, поршни, картеры сцепления и т. П.)
АЛ10В	к, з	Старение	150-170	80-90	Детали, работающие при  повышенных температурах
АЛ8	з, в, к	Закалка	290	60	Детали высоконагруженные, воспринимающие вибрационные нагрузки

 

 

 

 

Примечания :

В графе Способы литья введены следующие обозначения:

3 - в песчано-глинистые формы;

В - по выплавляемым моделям;

К - кокиль;

Д - под давлением;

буква М, следующая за первой, обозначает, что сплав при литье подвергают модифицированию

Алюминий – легкий металл серебристо-белого цвета. Наиболее важным свойством алюминия, определяющим его широкое применение в технике, является его небольшая плотность - 2700 кг/м₃. Таким образом, алюминий приблизительно в три раза легче, чем железо.  
Вторым важным свойством алюминия является относительно высокая электропроводность – более 50% электропроводности меди. Температура плавления алюминия зависит от его чистоты и колеблется в пределах 660-667 ^oС. 
Также алюминий обладает хорошей теплопроводностью и теплоемкостью.

Имеет высокую  стойкость против атмосферной коррозии и в пресной воде. На воздухе  алюминий быстро окисляется, покрываясь тонкой пленкой окиси, которая не пропускает кислород в толщу металла, что и обеспечивает его защиту от коррозии.

Алюминий хорошо обрабатывается давлением, сваривается, но плохо поддается  резанию. Для устранения таких отрицательных свойств как невысокая механическая прочность, большая усадка, трудность обработки резанием в алюминий вводят различные добавки. В сплавах алюминия полностью или частично устранены эти недостатки. Сейчас в технике известны сотни различных алюминиевых сплавов.

Алюминий и его сплавы широко применяются: 
- в машиностроении (применение алюминия позволяет снизить вес автомобиля, самолета) 
- электротехнике (алюминий менее дефицитен и встречается в природе более широко, чем медь; для проводов в летательных и транспортных аппаратах, воздушных линий электропередач) 
- металлургии (для получения в чистом виде хрома, ванадия, для раскисления стали) 
- в пищевой промышленности – обертки для шоколадных конфет, алюминиевые банки для напитков и т.д.

Также как и латуни, сплавы на основе магния и титана, алюминиевые сплавы делят на:  
- деформируемые 
- литейные

Деформируемые алюминиевые сплавы применяют для получения листов, ленты, проволоки и различных деталей методами обработки давлением: штамповкой, прессованием, ковкой. 
В зависимости от химического состава деформируемые алюминиевые сплавы делят на несколько групп. 
Деформируемые алюминиевые сплавы содержат 2-3 и более легирующих компонента в количестве 0,2-4% каждого.

Деформируемые обработкой алюминиевые  сплавы можно подразделить на две подгруппы: 
- не упрочняемые термообработкой  
- упрочняемые термообработкой

Первые характеризуются невысокой  прочностью, но хорошей пластичностью. К ним относятся сплавы алюминия с марганцем и магнием, содержащие его до 6%. Эти сплавы почти всегда однофазные. Они хорошо свариваются, устойчивы против коррозии и применяются для малонагруженных деталей, изготовляемых холодной штамповкой с глубокой вытяжкой, и для свариваемых конструкций. Упрочнение этих сплавов возможно только путем холодной деформации, так как упрочнение термической обработкой не удается.

АМц содержит 1% марганца.

Из группы деформируемых алюминиевых  сплавов, упрочняемых термообработкой, наиболее распространены дуралюмины (или дюралюмины) - сплавы алюминия с медью, магнием, марганцем (для повышения коррозионной стойкости сплава). Также распространены сплавы алюминия с медью, магнием, марганцем и цинком (сплавы высокой прочности).

Дуралюмины маркируют буквой Д, после которой стоит цифра, обозначающая условный номер сплава. 
Дуралюмины выпускают в виде листов, прессованных и катаных профилей, прутков, труб. Особенно широко применяют дуралюмины в авиационной промышленности и строительстве.

Д1 – содержит 4% меди, примерно по 0,5% магния, марганца, кремния.

Сплавы авиаль уступают дюралюминию в прочности, но более пластичны как в горячем, так и в холодном состоянии и поэтому используются для легких конструкций, требующих гибких и других деформаций при монтаже.

Литейные алюминиевые сплавы содержат почти те же легирующие компоненты, что и деформируемые сплавы, но в значительно большем количестве (до 9-13% по отдельным компонентам). Литейные сплавы предназначены для изготовления фасонных отливок.

Выпускают 35 марок литейных алюминиевых  сплавов. По химическому составу  их можно разделить на несколько  групп, например, алюминий с кремнием или алюминий с магнием.

Сплавы на основе алюминия и кремния называют силуминами. Силумин обладает высокими механическими и литейными свойствами: высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, достаточно высокой прочностью, удовлетворительной пластичностью. Сплавы на основе алюминия и магния имеют высокую удельную прочность, хорошо обрабатываются резанием и имеют высокую коррозионную стойкость.

Первый алюминиевый завод построен в 1932 году, базируясь на электроэнергии первой советской Волховской электростанции. В 1933 году построен второй алюминиевый завод в Запорожье, который использовал энергию Днепрогэса.

 

Конструкционно  улучшаемая сталь 40ХН2МА, вал двигателя

 

Формулировка  задания, назначение: Сталь конструкционная легированная, предназначенная для производства коленчатых валов, клапанов, шатуннов, крышек шатунов, ответственных болтов, шестерен, кулачковых муфт, дисков и других тяжелонагруженных деталей.  
В данной работе мы рассмотрим сталь данной марки в качестве материала для изготовления вала двигателя автомобиля.

Описание материала:

Химический состав в % материала 40ХН2МА

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Mo	Cu
0.37 - 0.44	0.17 - 0.37	0.5 - 0.8	1.25 - 1.65	до   0.025	до   0.025	0.6 - 0.9	0.15 - 0.25	до   0.3

 
Температура критических точек материала 40ХН2МА.

Ac1 = 730 ,      Ac3(Acm) = 820 ,       Ar3(Arcm) = 550 ,       Ar1 = 380 ,       Mn = 320

 
Механические свойства при Т=20^oС материала 40ХН2МА .

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Вал	Æ 95		1080	930	12	50	780	Закалка и отпуск

 

 

Твердость материала   40ХН2МА   после отжига ,

HB 10 -1 = 269   МПа

 
Физические свойства материала 40ХН2МА .

T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.15		39	7850		331
100	2.11	11.6	38		490
200	2.01	12.1	37		506
300	1.9	12.7	37		522
400	1.77	13.2	35		536
500	1.73	13.6	33		565
600		13.9	31
700			29
800			27
T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9

 
Технологические свойства материала 40ХН2МА .

Свариваемость:	трудносвариваемая.
Флокеночувствительность:	чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	не склонна.

 
Обозначения:

Механические свойства :
sв	- Предел кратковременной  прочности , [МПа]
sT	- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5	- Относительное удлинение  при разрыве , [ % ]
y	- Относительное сужение  , [ % ]
KCU	- Ударная вязкость , [ кДж  / м2]
HB	- Твердость по Бринеллю , [МПа]

 

 

Физические свойства :
T	- Температура, при которой получены данные свойства , [Град]
E	- Модуль упругости первого  рода , [МПа]
a	- Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]
l	- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r	- Плотность материала  , [кг/м3]
C	- Удельная теплоемкость  материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
R	- Удельное электросопротивление, [Ом·м]

 

Свариваемость :
без ограничений	- сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая	- сварка возможна при  подогреве до 100-120 град. и последующей  термообработке
трудносвариваемая	- для получения качественных  сварных соединений требуются  дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг