Контроль і дефекти відливків.
Жароміцні сталі і сплави. Жароміцними називають сталі і сплави, здатніпрацювати під напругою при високих температурах протягом визначеногочасу і які володіють при цьому достатньою жаростійкістю.
Жароміцні сталі і сплави застосовують для виготовлення багатьох деталей казанів, газових турбін, реактивних двигунів, ракет і т.д., що працюють при високих температурах.
Жароміцні сталі завдяки невисокій вартості широко застосовуються увисокотемпературній техніці, їхня робоча температура 500-750С.
Механічні властивості сталей перлітного класу (12ДО, 15ДО, 18ДО, 22ДО,12Х1МФ): (у=360(490МПа, (0.2=220(280 МПа, (=24(19%. Чим більше в сталівуглецю, тим вища міцність і нижча пластичність.
Сталі мартенсітного і мартенсіто-феррітного класів (15Х11МФ, 40Х9С2,40Х10С2М) застосовують для деталей і вузлів газових турбін і паросиловихустановок.
Сталі аустенітного класу (10Х18Н12Т, 08Х15Н24В4ТР, 09Х14Н18В2БР)призначені для виготовлення пароперегрівників і турбоприводів силовихустановок високого тиску.
Жароміцні сплави на нікелевій основі знаходять широкезастосування врізних областях техніки (авіаційні двигуни, стаціонарні газові турбіни, хімічне апаратобудування і т.д.).
Часто використовують сплав ХН70ВТЮ, що володіє гарною жароміцністю ідостатньою пластичністю при 700-800 С.Нікелеві сплави для підвищення їхньої жаростійкості піддають алітуванню.
Сплави з ефектом “пам’яті форми”. Ці сплави після пластичної деформації відновлюють свою первісну геометричну форму чи в результаті нагрівання (ефект “пам’яті форми”), чи безпосередньо після зняття навантаження (зверхпружність).
В даний час відоме велике число подвійних і більш складних сплавів зі зворотним мартенситним перетворенням, що володіють у різному ступені властивостями “пам’яті форми”: Ni-Al, Ni-Co, Ni-Ti, Cu-Al, Cu-Al-Niі ін.
Найбільше широко застосовують сплави на основі мононікеліда титана NiTi, що одержали назву нітінол. Ефект “пам’яті форми” у з’єднанні NiTi можеповторюватися протягом багатьох тисяч циклів. Нитинол має високуміцність ((у=770(1100МПа, (т=300(500МПа), пластичністю ((=100(15%), корозійної і кавитационной стійкістю і здатністю, що демпфірує. Йогозастосовують як магнітний високодемпфіруючий матеріал багатьохвідповідальних конструкціях.
Сплави на основі титану. Сплави на основі титана одержали значно більшезастосування, чим технічний титан. Легування титана Fe, Al, Mn, Cr, Sn,V, Si підвищує його міцність ((у, (0.2), але одночасно знижуєпластичність і в’язкість (KCU). Жароміцність підвищують Al, Zr, Mo, а корозійну стійкість у розчинах кислот — Mo, Zr, Nb, Ta і Pd. Титановісплави мають високу питому міцність. Як і в залізних сплавах, що легують
елементи дуже впливають на поліморфні перетворення титана.
Сплав ВТ14 (Al — 5.5%, V — 1.2%, Mo — 3.0%) — (у=900-1050МПа, (=10%,KCU=0.5МДж/м2, (-1=400МПа.
Ливарні алюмінієві сплави. Сплави для фасонного лиття повинні володіти високою текучістю, порівняно невеликою усадкою, малою схильністю до утворення гарячих тріщин і пористості в сполученні з гарними механічними властивостями, опором корозії й ін.
Сплави Al-Si (силуміни). Відрізняються високими ливарними властивостями, а виливка — великою щільністю. Сплави Al-Si (ЧЕРВОНИЙ2, ЧЕРВОНИЙ4, ЧЕРВОНИЙ9) порівняно легко обробляються різанням. Заварку дефектів можназаробити газовим й аргонодуговим зварюванням.
Сплав ЧЕРВОНИЙ9 — (у=200МПа, (0.2=140МПа, (=5%.
Сплави Al-Cu. Ці сплави (ЧЕРВОНИЙ7, ЧЕРВОНИЙ19) після термічної обробки мають високі механічні властивості при нормальній і підвищеній температурах і добре обробляються різанням. Ливарні властивості низькі.
Сплав ЧЕРВОНИЙ7 використовують для виливка невеликих деталей простоїформи, сплав схильний до тендітного руйнування.Сплав ЧЕРВОНИЙ7 — (у=240МПа,(0.2=160МПа, (=7%.
Сплави Al-Mg. Мають низькі ливарні властивості. Характерною рисою цихсплавів є гарна корозійна стійкість, підвищені механічні властивості йоброблюваність різанням.
Сплави ЧЕРВОНИЙ8, ЧЕРВОНИЙ27, ЧЕРВОНИЙ13 і ЧЕРВОНИЙ22 призначені длявиливків, що працюють у вологій атмосфері, наприклад, у суднобудуванні й
авіації.
Сплав ЧЕРВОНИЙ8 — (у=350МПа, (0.2=170МПа, (=10%.Алюмінієві сплави мають малу щільність (2,5 — 3,0 г/см3) у сполученні з досить гарними механічними властивостями і задовільною стійкістю до окислювання. По своїм прочностним характеристиках і по зносостійкості вони уступають сталям, деякі з них також не мають гарну зварюваність, але багато хто з них мають характеристики, що перевершують чистий алюміній.
Ці повітряні конструкції виконані зі сплавів алюмінію Особливо виділяються алюмінієві сплави з підвищеною пластичністю, що містять до 2,8% Mgі до 2,5% Mn— вони володіють більшої, ніж чистий алюміній міцністю, легко піддаються витяжці, близькі по корозійній стійкості до алюмінію.
Дюралюміни — від французького слова dur— твердий, важкий і aluminium— твердий алюміній. Дуралюмини — сплави на основі алюмінію, що містять:
1,4-13% Cu,
0,4-2,8% Mg,
0,2-1,0% Mn,
іноді 0,5-6,0% Si,
5-7% Zn,
0,8-1,8% Fe,
0,02-0,35% Ti і ін.
Дюралюміни — найбільш міцні і найменш коррозійно-стійкі з алюмінієвихсплавів. Схильні до межкристалічної корозії. Для захисту листовогодюралюмінія від корозії його поверхню плакують чистим алюмінієм. Вони немають гарну зварюваність, але завдяки своїм іншим характеристикамзастосовуються скрізь, де необхідні міцність і легкість. Найбільшезастосування знайшли в авіабудуванні для виготовлення деяких деталейтурбореактивних двигунів.
Магналії — названі так через великий зміст у них магнію (Mg), сплави наоснові алюмінію, що містять:
5-13% Mg ,
0,2-1,6% Mn ,
іноді 3,5-4,5% Zn ,
1,75-2,25% Ni ,
до 0,15% Be ,
до 0,2% Ti ,
до 0,2% Zr і ін.
Магналії відрізняються високою міцністю і стійкістю до корозії в пріснійі навіть морській воді. Магналії також добре стійкі до впливу азотноїкислоти HNO3, розведеної сірчаної кислоти H2SO4, ортофосфорної кислотиH3PO4, а також у середовищах, що містять SO2.
Застосовуються як конструкційний матеріал у :
авіабудуванні;
суднобудуванні;
машинобудуванні (зварені баки, заклепки, бензопроводи, мастилопроводи);
для виготовлення арматури будівельних споруджень;
для виготовлення деталей холодильних установок;
для виготовлення декоративних побутових предметів і ін.
При змісті Mg вище 6% магналії схильні до межкристаллической корозії.
Мають більш низькі ливарні властивості, чим силуміни.
Силуміни — сплави на основі алюмінію з великим змістом кремнію (Si).
До складу силумінів входять:
3-26% Si ,
1-4% Cu ,
0,2-1,3% Mg ,
0,2-0,9% Mn ,
іноді 2-4% Zn,
0,8-2% Ni,
0,1-0,4% Cr,
0,05-0,3% Ti і ін.
При своїх щодо невисоких характеристиках по міцності силуміни маютьнайкращі з всіх алюмінієвих сплавів ливарні властивості.
Вони найбільше часто використовуються там, де необхідно виготовити
тонкостінні чи складні за формою деталі.
По корозійній стійкості займають проміжне положення між дюралюмінами імагналіями.
Знайшли своє основне застосування в:
авіабудуванні;
вагонобудуванні;
автомобілебудуванні і будівництві сільськогосподарських машин длявиготовлення картерів, деталей коліс, корпусів і деталей приладів.
САП — сплави, що складаються з Alі 20-22% Al2O3.
Одержують спіканням окисленого алюмінієвого порошку. Після спіканнячастки Al2O3 відіграють роль укріплювача.
Міцність даного з’єднання при кімнатній температурі нижче, ніж удюралюмінів і магналіїв, але при температурі яка перевищу 200 °С перевершує їх.
При цьому САП мають підвищену стійкість до окислювання, тому вонинезамінні там, де температура експлуатації перевищує 400 °С .Нейтралізуючий агент необхідний для нейтралізації соляної кислоти HClпри шлунково-кишкових захворюваннях.
Плакування — (від французького plaquer — накладати) нанесення методомгарячої чи прокатки пресування на поверхню металевих аркушів тонкогошару іншого чи металу сплаву.
Сплави на основі магнію. Сплави магнію мають малу щільність, високою питомою міцністю, добре поглинають вібрації, що визначило їхнє широке використання в авіаційній і ракетній техніці. Однак сплави магнію маютьнизький модуль нормальної пружності 43000МПа і погано пручаютьсякорозії.
Ливарні сплави. Широко застосовується сплав МЛ5, у якому сполучаютьсявисокі механічні і ливарні властивості. Він використовується для литтянавантажених великогабаритних виливків.
Сплав МЛ6 володіє кращими ливарними властивостями, чим МЛ5, іпризначається для виготовлення тяжелонагруженних деталей.
Сплав МЛ5 — (у=226МПа, (0.2=85МПа, (=5%.
Деформируемие сплави. Ці сплави виготовляють у виді горячекатанихпрутків, смуг, профілів, а також кувань і штампових заготівель.
Сплав МА1 має порівняно високу технологічну пластичність, гарноюзварюваністю, однак схильний до корозії під напругою, піддається усімвидам листового штампування і легко прокочується.
Сплав МА1 — (у=190-220МПа, (0.2=120-140МПа, (=5-10%.
Сплави на основі міді. Розрізняють дві основні групи мідних сплавів: 1)латуні — сплави міді з цинком; 2) бронзи — сплави міді з іншими елементами. Мідні сплави мають високі механічні і технічні властивості, добре пручаються корозії і зносу.
Латуні. Латунями називають подвійні чи багатокомпонентні сплави наоснові міді, у яких основним легуючим елементом є цинк.
Коли потрібно висока пластичність, підвищена теплоотводностьзастосовують латуні з високим змістом міді (Л06 і Л90). Латуні Л62, Л60, Л59 з великим змістом цинку мають більш високу міцність, кращеобробляються різанням, дешевше, але гірше пручаються корозії.
Латунь ЛЦ40С — (у=215МПа, (=12%, 70НВ.
Олов’яні бронзи. Володіють гарними ливарними властивостями і
застосовуються для лиття деталей складної форми. Недоліком виливків золов’яних бронз є велика мікропористість. Їх часто застосовують длявиготовлення антифрикційних деталей.
Бронза БрО3Ц12С5 — (у=200МПа, (=5%.
Лазерні процеси; ефективність та галузі їх застосування
Перші лазери з’явилися наприкінці 1950-х — початку 1960-х років, однак уже сьогодні можна назвати більш 350 різних їхніх застосувань майже у всіх сферах діяльності людини. Серед них найбільш поширена лазерна обробка матеріалів. Лазерна технологія виявилася доситьдинамічною і самостійною областю сучасного Машино- і приладобудування, що по обсязі капіталу виходить на бататоміліардні обороти. Найбільшеефективно технологічне застосування лазерного випромінювання в мікрообробці, розкрої і різанні матеріалів, з міцніючої поверхневої обробки, зварюванню, маркіруванні, гравіюванні, поверхневій очищенні матеріалів, вирощування трьох мірних об’єктів, формуванні виробів складноїпросторової форми з листового металу, спеціальних операціях лазерноїобробки.
Лазерні системи поділяються на три основні групи: твердотільні лазери, газові, серед яких особливе місце займає CO2-лазер; і напівпровідниковілазери. Якийсь час назад з’явилися такі системи, лазери, що якперебудовуються, на барвниках, твердотільні лазери на активованихстеклах.
Застосування лазерів при мікро обробці звісно що з часу їх появлення.Завдяки специфічним властивостям лазерного випромінювання, характерної високої концентрацій, електромагнітна енергія може бути значно локалізована, що дозволяє контрольовано видаляти мікроскопічні обсяги матеріла і в такий спосіб виконувати прецизійну обробку. В даний часможна одержувати мікроотвори у різних матеріалах незалежно від їхніхвластивостей.
Розкрій і різання матеріалів. Застосування лазера при розкрої і різаннізараз дуже поширено, тому що одночасно з високою точністю обробки забезпечується значна економія матеріалу за рахунок дуже малої ширини різа і раціональної системи розкрою в порівнянні з традиційними технологіями. При цьому ефективність вирізування виробів складного профілю при звичайної вирубною штампуванню листових виробів.
Лазерної розкрій матеріалів широко використовується в сучасної автомобільної, аерокосмічний, суднобудівної, електротехнічної промисловості, сільськогосподарському машинобудуванні, легкої промисловості. Останнім часом розвивається і досить специфічнезастосування лазерного розкрою, наприклад, в енергетичній промисловості.Так, на атомних станціях при виконання монтажних і ремонтних робіт
устаткування часто виникає потреба в дистанційній обробок (різанню)різних металевих виробів при високих рівнях радіації. Яскравим прикладом–PAGE_BREAK–специфічних можливостей лазерного різання є розробка лазерного комплексудля проведення демонтажних робіт в об’єкті «Укриття» Чорнобильськоїатомної станції.
Зварювання. Завдяки високій концентрації енергії і можливості доситьгнучкого керування нею в просторі і часі лазерний промінь ставуніверсальним термічним джерелом для виконання нероз’ємних з’єднань зрізних матеріалів. В даний час з його допомогою можна з’єднати тонкийпровідник з металевою мікро плівкою. Лазерним променем можна зварювати істалеві деталі товщиною більш десятка сантиметрів з досить високоюякістю з’єднання, якого не можна досягти іншими методами зварювання.Крім з’єднань сталей різних типів, лазерна технологія виявилася дужеефективної при зварюванні алюмінію й алюмінієвих, а також титановихсплавів. Завдяки можливості дуже якісного зварювання металевих аркушіврізної товщини створена нова технологія штампування великогабаритнихдеталей складної просторової форми з різної товщини листових заготівель.
Маркірування, гравіювання, нанесення і зчитування інформаційних знаків.
На відміну від традиційних методів лазерна технологія дозволяє проводитимаркірування на будь-яких матеріалах безконтактна і з дуже великоюшвидкістю при забезпеченні надзвичайно високої якості. Його можнапроводити не тільки на поверхні, але й усередині обсягу матеріалу, прозорого для лазерного променя.
Виконання художні написів, малюнків, різних гравірованих робіт добре зарекомендувало себе в ювелірній промисловості, при виготовленні сувенірних виробів з металу, дерева, скла, каменю… Виявилося можливим виготовлення компакт-дисків двошаровим, причому верхній шар є прозорим для лазерного випромінювання. Таким чином, потрібна інформація спочатку наноситься сфальцьованим променем на першийшар, а потім при зсуві фокальної плями на поверхню другого шару записінформації (чи її зчитування) може бути продовжена. У результаті їїобсяг, записаний на такому диску, зростає вдвічі.
Динамічне балансування. Ряд сучасних дуже відповідальних прецизійнихвиробів має вузли, що вимагають специфічної операції – динамічногобалансування, тобто точного видалення зайвої маси поверхні чи вузладеталі, що обертається з великою швидкістю, для забезпечення стабільноїроботи виробу. До таких виробів можна віднести суднові й авіаційнігіроскопи, швидкісні електродвигуни і т.п..
Поверхневе очищення матеріалів. Вона посилено розвивається в останніроки. Якщо донедавна досить поширено було тільки лазерне видаленняізоляції з кінців проводів перед їхнім з’єднанням з відповіднимиелектричними (електронними) елементами, то зараз з’являються усе більшнезвичайні і навіть екзотичні застосування.
Видалення ізоляції — саме по собі дуже ефективний процес: швидкодіючий, легко контрольований, безконтактний (не викликає ушкодження провідника).
Це дуже важливо для надтонких мікро провідників і різних деталеймікроелектроніки. Висока якість очистки головним чином досягаєтьсязавдяки значної поглинаючою здатності різних органічних матеріалів(зокрема, полімерних ізолюючих покрить) в умовах їхнього опроміненняінфрачервоним променем лазерів з довжиною хвилі 10,6 чи 1,06 км. Такатехнологія також використовується для очищення поверхонь відповідальнихдеталей від промислового бруду, різного роду поверхневих включень уматеріалі й ін. замість традиційних хімічних методів очищення.
Формування виробів складної просторової форми з листового металу.Завдяки можливості дуже точно контролювати подачу теплової енергії взону лазерної дії і її переміщення по поверхні оброблюваного матеріалуз’явилася технологія програмованої зміни форми листового металу зарахунок термічних деформацій, генерованих лазерним променем. За новоютехнологією без використання традиційних дорогидеформуючихінструментів можна виготовити трубчасті деталі, хвилясті поверхні, згинати металевий матеріал відповідно до заданої програми. Ця технологіядобре себе зарекомендувала увипадках, коли потрібно виготовити невеликупартію складних деталей з металевого листа, а проектування івиготовлення складного деформуючого інструмента не окупається. Відомоекспериментальне використання випромінювання могутнього СО2-лазера змінипросторової форми листа прокатної сталі товщиною 25 мм.
Спеціальні операції лазерної обробки. Специфічні особливості
використання лазерного променя як універсального інструмента даютьможливість постійно пропонувати вага нові і нові технологічнізастосування лазерів. Значної ефект дає комбінування лазерної технологіїз іншими технологічними методами. Так, Використання лазерного локальногонагрівання шаруючи матеріалу перед його видаленням механічним режущемінструментом значно полегшує процес механічної обробки надтвердихматеріалів, підвищує стійкість інструмента, що ріже.
Можливості технологічного застосування лазерного випромінювання далеконе вичерпані, про що свідчать результати численних новітніх публікацій.Подальший розвиток лазерної техніки і технології дозволяє виробнику одержати значні переваги в умовах складної конкуренції сучасної глобальної економіки.
Процес кристалізації металів і сплавів, графічне зображення процесукристалізації
Будь-яка речовина може знаходитися в трьох агрегатних станах: твердому, рідкому, газоподібному. Можливий перехід з одного стану в інше, якщоновий стан у нових умовах є більш стійким, має менший запас енергії.Зі зміною зовнішніх умов вільна енергія змінюється по складному законіпо-різному для рідкого і кристалічного станів. Для початку процесу кристалізації необхідно, щоб процес бувтермодинамічно вигідний системі і супроводжувався зменшенням вільноїенергії системи. Це можливо при охолодженні рідини нижче температури ТS.
Температура, при якій практично починається кристалізація називаєтьсяфактичною температурою кристалізації.
Ступінь переохолодження залежить від природи металу, від ступеня йогозабруднення (чим чистіше метал, тим більше ступінь переохолодження), від швидкості охолодження (чим вище швидкість охолодження, тим більша ступінь переохолодження).
Розглянемо перехід металу з рідкого стану у тверде.
При нагріванні всіх кристалічних тіл спостерігається чітка границяпереходу з твердого стану в рідке. Така ж границя існує при переході зрідкого стану у тверде.
Кристалізація – це процес утворення ділянок кристалічних ґрат у рідкійфазі і ріст кристалів з центрів, що утворилися.
Кристалізація протікає в умовах, коли система переходить до
термодинамічно до більш стійкого стану з мінімумом вільної енергії.Процес переходу металу з рідкого стану в кристалічне можна зобразитикривими в координатах час – температура.
При відповідному зниженні температури в рідкому металі починаютьутворюватися кристалики – центри чи кристалізації зародки. Для початкуїхнього росту необхідне зменшення вільної енергії металу, у противномувипадку зародок розчиняється.
Мінімальний розмір здатного до росту зародка називається критичнимрозміром, а зародок – стійким.
Перехід з рідкого стану в кристалічне вимагає витрати енергії на
утворення поверхні роздягнула рідина – кристал. Процес кристалізаціїбуде здійснюватися, коли виграш від переходу у твердий стан більшевтрати енергії на утворення поверхні роздягнула.
Зародки з розмірами рівними і великими критичного ростуть зі зменшенняменергії і тому здатні до існування.
Центри кристалізації утворяться у вихідній фазі незалежно друг від другау випадкових місцях. Спочатку кристали мають правильну форму, але в мірузіткнення і зрощення з іншими кристалами форма порушується. Рістпродовжується в напрямках, де є вільний доступ живильної середовища.
Після закінчення кристалізації маємо полікристалічне тіло.
Якісна схема процесу кристалізації може бути представлена кількіснокінетичної кривої .
Процес спочатку прискорюється, поки зіткнення кристалів не починаєперешкоджати їхнього росту. Обсяг рідкої фази, у якій утворятьсякристали зменшується. Після кристалізації 50 % обсягу металу, швидкістькристалізації буде сповільнюватися.Таким чином, процес кристалізації складається з утворення центрівкристалізації і рости кристалів з цих центрів.
У свою чергу, число центрів кристалізації (ч.ц.) і швидкість ростукристалів (с.р.) залежать від ступеня переохолодження .
Розміри кристалів, що утворилися, залежать від співвідношення числацентрів кристалізації, що утворилися, і швидкості росту кристалів при температурі кристалізації.
При рівноважній температурі кристалізації ТS число центрів
кристалізації, що утворилися, і швидкість їхнього росту дорівнюють нулю, тому процесу кристалізації не відбувається.
Якщо рідина переохолодити до температури, що відповідає т.а, тоутворяться великі зерна (число центрів, що утворилися, невелике, ашвидкість росту — велика).
При переохолодженні до температури відповідної т.у – дрібне зерно(утвориться велике число центрів кристалізації, а швидкість їхньогоросту невелика).Якщо метал дуже сильно переохолодити, то число центрів і швидкість ростукристалів дорівнюють нулю, рідина не кристалізується, утвориться аморфнетіло. Для металів, що володіють малою схильністю до переохолодження, експериментально виявляються тільки висхідні галузі кривих.