Корягин С.И., Пименов И.В., Худяков В.К. - Способы обработки материалов (1093325), страница 5
Текст из файла (страница 5)
По механическим свойствам чугун классифицируют: по твердости (мягкий чугун < HB 149, среднейтвердости НВ 197…269, твердый > НВ 269), по прочности(обыкновенной прочности σв < 200 МПа, повышенной прочности σв = 200...380 МПа, высокой прочности σв > 38 МПа), попластичности (непластичный δ < 1%, малопластичныйδ = 1…5%, пластичный δ = 5…10%, повышенной пластичностиδ > 10%). По специальным свойствам чугун подразделяют наизносостойкий, антифрикционный, коррозионностойкий, жаростойкий, немагнитный. Большое влияние на структуру и свойства чугуна оказывают процессы плавки и термической обработки, а также содержание легирующих элементов.Наличие графитовых включений обеспечивает чугуну посравнению со сталью целый ряд существенных преимуществ.Чугун нечувствителен к концентрации напряжений, т.е.
наличие отверстий, углов, переходов, возможных раковин в отливках, пор и неметаллических включений, сравнительно маловлияют на реальную конструкционную прочность, в то времякак в стальных отливках наличие таких концентраторов напряжений значительно снижает механические свойства.Прочность серого чугуна зависит от прочности металлической основы, содержания и формы графитовых включений.Предел прочности при сжатии в 2-4 раза выше, чем при растяжении, поэтому серый чугун применяют для изготовления деталей машин, работающих преимущественно в условиях сжимающих нагрузок. Детали, несущие высокие нагрузки, должныизготавливаться из серого чугуна, имеющего предел прочностина растяжение около 250…300 МПа и модуль упругости33115…135 ГПа (СЧ 21-40, СЧ 28-48, СЧ 32-52).
К таким деталямотносятся: кронштейны, зубчатые колеса, базовые и корпусныедетали повышенной прочности и износостойкости, станины исалазки станков, шпиндельные бабки, блоки и гильзы цилиндров, поршневые кольца, распределительные валы, толкатели,седла клапанов, тормозные барабаны и диски сцепления; станины, крышки, фланцы, щиты электродвигателей и др. Для изготовления деталей с пониженными требованиями (крышки,кожухи, патрубки и др.) используют серый чугун (СЧ 12-28) спределом прочности 100…150 МПа и модулем упругости60…85 ГПа.Ковкий чугун получают графитизирующим отжигом белогочугуна.
По своим литейным и механическим свойствам он занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью (σв = 300…700 МПа, НВ 90…270). По разнообразиюсвойств, в зависимости от структуры, ковкий чугун близок кстали и в ряде случаев является полноценным ее заменителем.По сравнению со сталью ковкий чугун обладает повышеннойдемпфирующей способностью и малой чувствительностью кналичию концентраторов напряжений. Структура ковкого чугуна обеспечивает высокую плотность металла. Отливки с толщиной стенки 7…8 мм выдерживают гидростатическое давление до 4 МПа, что позволяет использовать ковкий чугун дляпроизводства большого ассортимента деталей водо-, газо- и паропроводных установок.Ковкий чугун используют в автомобиле-, тракторо-, сельхозмашиностроении и других отраслях промышленности дляизготовления шестерен, муфт, храповиков, рычагов, ступиц,задних мостов, коленчатых валов, деталей рулевого управления, картеров редукторов, башмаков и др.За счет легирования и термической обработки производятчугун с особыми свойствами: чугун с шаровидным графитом(например, ВЧ 45-10), износостойкий чугун, чугун для работы вусловиях абразивного износа (ИЧХ12М и др.), в условиях износа при повышенных температурах (Х28Н10 и др.), в условиях34сухого трения (например, титаномедистый), антифрикционныйчугун (АСЧ-1 и др.), жаростойкий (например, ЖЧХ-08,ЖЧЮ-22), коррозионностойкий (СЧЩ-1 и СЧЩ-2), жаропрочный (например, ЧН19Х3М), немагнитный (типа «номаг»).1.2.
Алюминий и его сплавыАлюминий характерен тем, что его плотность составляет2,7 т/м3 против 7,8 для железа и 9,0 для меди.Сплавы на основе алюминия являются деформируемыми,т.е. получаются методом прокатки, прессования, ковки и т.д.Алюминиевые сплавы характеризуются высокими тепло- иэлектропроводностью, хорошей коррозионной стойкостью, высокой технологической пластичностью, хорошей обрабатываемостью, резанием и большим разнообразием механических, физических, антифрикционных свойств и др.На основе алюминия выпускаются следующие сплавы: АД,АД1, АМц, АМг, АМг5П, АМг3, АМг5, АМг6, Д1, Д1П, Д6,Д16П, Д18, Д18П, АК4, АК41-1, АК6, АК:-1, АК8, В93, В94,В95, В96Ц, В65, ВД17Ю Д20, Д21, АД31, АД33, АПБА-1, атакже спеченная алюминиевая пудра (САП) и спеченные алюминиевые сплавы (САС).
Основными легирующими элементами являются медь, магний, марганец, цинк, кремний, а такжетитан, хром, берилий, никель, цирконий, железо и др.Из сплавов алюминия изготавливают полуфабрикаты (листы, прессованные профили, поковки и штамповки, прутки, проволоку, фольгу) разнообразных форм и размеров.Деформируемые алюминиевые сплавы подразделяются нанеупрочняемые и на упрочняемые термической обработкой.Механические свойства неупрочняемых сплавов повышаютсяза счет легирования. Дополнительное упрочнение эти сплавымогут получать в результате нагартовки (деформация в холодном состоянии).
Однако использование нагартовки приводит кснижению пластичности, поэтому после нагартовки применяюттермическую обработку с целью повышения пластичности. Купрочняющим относятся такие сплавы, которые, помимо упрочнения от легирования, упрочняются также за счет распада35пересыщенных твердых растворов. Термическая обработкасплавов в этом случае состоит обычно из закалки и старения(естественного или искусственного).
Для дополнительного упрочнения таких сплавов используют нагартовку, производя еемежду закалкой и старением. После этих операций возможноприменение отжига.В зависимости от области применения алюминиевых сплавов к ним предъявляются и соответствующие требования. Длядеталей, несущих большие механические нагрузки, выбираютсявысокопрочные сплавы, работающие в условиях растяжения,сжатия, кручения и т.д. Для деталей, работающих в условияхзнакопеременных нагрузок, основным параметром будет выступать усталость (выносливость) алюминиевых сплавов; длядеталей, работающих под действием статических нагрузок, –долговечность, для заклепок – сопротивление срезу, для электротехнической промышленности – электропроводность, температурный коэффициент электрического сопротивления, коэффициент термического расширения и т.д.Сопротивление срезу заклепочной проволоки для некоторых сплавов приведено в табл.
9.Таблица 9Гарантированное сопротивление срезу заклепочной проволокиСплавСостояние материалаАД, АД1АМцАМг5ПД18ПНагартованныйТермически обработанныйОтожженныйЗакаленный и естественносостаренныйЗакаленный и искусственносостаренныйЗакаленный и естественносостаренныйЗакаленный и естественносостаренныйЗакаленный и естественноВ65Д1ПД16ПД19П36τср, МПа (не менее)заклепкипроволока0,6–0,7–1,6–1,91,92,52,72,42,22,72,5В94Д23состаренныйЗакаленный и искусственносостаренныйЗакаленный и естественносостаренный2,72,72,92,93,03,2Механические свойства полуфабрикатов из сплава АМцМ-1приведены в табл. 10, а электрические свойства – в табл.
11.Таблица 10Механические свойства полуфабрикатовиз сплава АМцМ-1 при 20°СВидполуфабрикатаСостояниематериалаПолосы толщинойЛитой10 ммЛисты толщиной Нагартованный0,5…1,0 ммВ продольномнаправленииσв, МПа1,7В поперечномнаправленииσв, МПа1,653,2…3,33,2…3,3Таблица 11Электрические свойства полуфабрикатов из сплава АМцМ-1Электрические свойстваУдельное электрическоесопротивление ρ, Ом⋅мм2/мпри 20°СТемпературный коэффициент электрического сопротивления, (0…100°С)⋅10-3НагартовкаНагартовка(нагрев – 200°С)(нагрев – 300°С)16 ч3ч6чОхлаждение на воздухе0,1190, 1140, 1000,670,961,22Весьма существенным свойством алюминиевых сплавов является их коррозионностойкость.
Например, чистый алюминий37(АД, АД1), сплавы АМц, АМг2 и АМг3 обладают высокой коррозионной стойкостью и могут применяться в морских и тропических условиях. Коррозионная стойкость этих сплавов нечувствительна к методам производства полуфабрикатов. Сварные соединения этих сплавов по коррозионной стойкости близки к основному металлу. Коррозионная стойкость более легированных сплавов АМг5, АМг6 чувствительна к методам производства и условиям эксплуатации. Так, при длительном нагреве их на 60...70°С они склонны к коррозии под напряжениеми межкристаллитной коррозии.
Холодная деформация усиливает эту склонность. Производство полуфабрикатов при строгоконтролируемых условиях обеспечивает им вполне удовлетворительную коррозионную стойкость в условиях эксплуатации.Сварные соединения этих сплавов по коррозионной стойкостиблизки к основному металлу и не подвержены коррозионномурастрескиванию под напряжением.
Однако нагрев материалавыше 100°С после сварки делает его склонным к межкристаллитной коррозии. Заклепки из сплава АМгП следует ставить вконструкцию анодированными в серной кислоте с наполнениеманодной пленки хромпиком. Сплавы АВ, АД31, АД33 и АД35обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью. Онине чувствительны к технологическим и эксплуатационным нагревам; основной металл и сварные соединения не склонны ккоррозионному растрескиванию под напряжением. Сплав АВиз-за наличия в его составе меди обладает меньшей коррозионной стойкостью, чем сплавы АД31, АД33 и АД35. Удовлетворительной коррозионной стойкостью в искусственно состаренном состоянии обладает сплав АВ, содержащий не более 0,1%Cu.Сплавы, содержащие в своем составе медь (Д1, Д18, Д3П,Д16, ВД17, Д6, Д19, М40), а также сплавы типа В95 имеют пониженную коррозионную стойкость.Литейные алюминиевые сплавы (АЛ1, АЛ2…АЛ13) имеютряд особенностей: повышенную жидкотекучесть, обеспечивающую получение тонкостенных и сложных по конфигурации38отливок; невысокую линейную усадку; пониженную склонность к образованию горячих трещин.В основном используются сплавы на основе: Al-Mg (АЛ8,АЛ27; высокая коррозионная стойкость, наибольшая удельнаяпрочность и ударная вязкость, хорошая обрабатываемость резанием); Al-Si (АЛ2, АЛ4, АЛ9; высокие литейные свойства;повышенная герметичность отливок); Al-Cu (АЛ7, содержаниемеди до 6%; высокая прочность); Al-Cu-Si (АЛ3, АЛ10, АЛ14,АЛ15; простая технология литья, хорошая обрабатываемостьрезанием) и др.Свойства некоторых алюминиевых сплавов представлены втабл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
