Контроль i дефекти вiдливкiв
.
Жаромiцнi сталi i сплави. Жаромiцними називають сталi i сплави, здатнi працювати пiд напругою при високих температурах протягом визначеного часу i якi володiють при цьому достатньою жаростiйкiстю.
Жаромiцнi сталi i сплави застосовують для виготовлення багатьох деталей казанiв, газових турбiн, реактивних двигунiв, ракет i т. д., що працюють при високих температурах.
Жаромiцнi сталi завдяки невисокiй вартостi широко застосовуються у високотемпературнiй технiцi, їхня робоча температура 500-750С.
Механiчнi властивостi сталей перлiтного класу (12ДО, 15ДО, 18ДО, 22ДО, 12Х1МФ): (у=360(490МПа, (0. 2=220(280 МПа, (=24(19%. Чим бiльше в сталi вуглецю, тим вища мiцнiсть i нижча пластичнiсть.
Сталi мартенсiтного i мартенсiто-феррiтного класiв (15Х11МФ, 40Х9С2, 40Х10С2М) застосовують для деталей i вузлiв газових турбiн i паросилових установок.
Сталi аустенiтного класу (10Х18Н12Т, 08Х15Н24В4ТР, 09Х14Н18В2БР) призначенi для виготовлення пароперегрiвникiв i турбоприводiв силових установок високого тиску.
Жаромiцнi сплави на нiкелевiй основi знаходять широке застосування в рiзних областях технiки (авiацiйнi двигуни, стацiонарнi газовi турбiни, хiмiчне апаратобудування i т. д.).
Часто використовують сплав ХН70ВТЮ, що володiє гарною жаромiцнiстю i достатньою пластичнiстю при 700-800 С. Нiкелевi сплави для пiдвищення їхньої жаростiйкостi пiддають алiтуванню.
Сплави з ефектом “пам'ятi форми”. Цi сплави пiсля пластичної деформацiї вiдновлюють свою первiсну геометричну форму чи в результатi нагрiвання (ефект “пам'ятi форми”), чи безпосередньо пiсля зняття навантаження (зверхпружнiсть).
В даний час вiдоме велике число подвiйних i бiльш складних сплавiв зi зворотним мартенситним перетворенням, що володiють у рiзному ступенi властивостями “пам'ятi форми”: Ni-Al, Ni-Co, Ni-Ti, Cu-Al, Cu-Al-Ni i iн.
Найбiльше широко застосовують сплави на основi мононiкелiда титана NiTi, що одержали назву нiтiнол. Ефект “пам'ятi форми” у з'єднаннi NiTi може повторюватися протягом багатьох тисяч циклiв. Нитинол має високу мiцнiсть ((у=770(1100МПа, (т=300(500МПа), пластичнiстю ((=100(15%), корозiйної i кавитационной стiйкiстю i здатнiстю, що демпфiрує. Його застосовують як магнiтний високодемпфiруючий матерiал багатьох вiдповiдальних конструкцiях.
Сплави на основi титану. Сплави на основi титана одержали значно бiльше застосування, чим технiчний титан. Легування титана Fe, Al, Mn, Cr, Sn, V, Si пiдвищує його мiцнiсть ((у, (0. 2), але одночасно знижує пластичнiсть i в'язкiсть (KCU). Жаромiцнiсть пiдвищують Al, Zr, Mo, а корозiйну стiйкiсть у розчинах кислот - Mo, Zr, Nb, Ta i Pd. Титановi сплави мають високу питому мiцнiсть. Як i в залiзних сплавах, що легують
елементи дуже впливають на полiморфнi перетворення титана.
Сплав ВТ14 (Al - 5. 5%, V - 1. 2%, Mo - 3. 0%) - (у=900-1050МПа, (=10%, KCU=0. 5МДж/м2, (-1=400МПа.
Ливарнi алюмiнiєвi сплави. Сплави для фасонного лиття повиннi володiти високою текучiстю, порiвняно невеликою усадкою, малою схильнiстю до утворення гарячих трiщин i пористостi в сполученнi з гарними механiчними властивостями, опором корозiї й iн.
Сплави Al-Si (силумiни). Вiдрiзняються високими ливарними властивостями, а виливка - великою щiльнiстю. Сплави Al-Si (ЧЕРВОНИЙ2, ЧЕРВОНИЙ4, ЧЕРВОНИЙ9) порiвняно легко обробляються рiзанням. Заварку дефектiв можна заробити газовим й аргонодуговим зварюванням.
Сплав ЧЕРВОНИЙ9 - (у=200МПа, (0. 2=140МПа, (=5%.
Сплави Al-Cu. Цi сплави (ЧЕРВОНИЙ7, ЧЕРВОНИЙ19) пiсля термiчної обробки мають високi механiчнi властивостi при нормальнiй i пiдвищенiй температурах i добре обробляються рiзанням. Ливарнi властивостi низькi.
Сплав ЧЕРВОНИЙ7 використовують для виливка невеликих деталей простої форми, сплав схильний до тендiтного руйнування. Сплав ЧЕРВОНИЙ7 - (у=240МПа,(0. 2=160МПа, (=7%.
Сплави ЧЕРВОНИЙ8, ЧЕРВОНИЙ27, ЧЕРВОНИЙ13 i ЧЕРВОНИЙ22 призначенi для виливкiв, що працюють у вологiй атмосферi, наприклад, у суднобудуваннi й
авiацiї.
Сплав ЧЕРВОНИЙ8 - (у=350МПа, (0. 2=170МПа, (=10%. Алюмiнiєвi сплави мають малу щiльнiсть (2,5 - 3,0 г/см3) у сполученнi з досить гарними механiчними властивостями i задовiльною стiйкiстю до окислювання. По своїм прочностним характеристиках i по зносостiйкостi вони уступають сталям, деякi з них також не мають гарну зварюванiсть, але багато хто з них мають характеристики, що перевершують чистий алюмiнiй.
Цi повiтрянi конструкцiї виконанi зi сплавiв алюмiнiю Особливо видiляються алюмiнiєвi сплави з пiдвищеною пластичнiстю, що мiстять до 2,8% Mg i до 2,5% Mn - вони володiють бiльшої, нiж чистий алюмiнiй мiцнiстю, легко пiддаються витяжцi, близькi по корозiйнiй стiйкостi до алюмiнiю.
1,4-13% Cu,
0,2-1,0% Mn ,
iнодi 0,5-6,0% Si ,
0,8-1,8% Fe ,
0,02-0,35% Ti i iн.
Дюралюмiни - найбiльш мiцнi i найменш коррозiйно-стiйкi з алюмiнiєвих сплавiв. Схильнi до межкристалiчної корозiї. Для захисту листового дюралюмiнiя вiд корозiї його поверхню плакують чистим алюмiнiєм. Вони не мають гарну зварюванiсть, але завдяки своїм iншим характеристикам застосовуються скрiзь, де необхiднi мiцнiсть i легкiсть. Найбiльше застосування знайшли в авiабудуваннi для виготовлення деяких деталей турбореактивних двигунiв.
Магналiї - названi так через великий змiст у них магнiю (Mg), сплави на основi алюмiнiю, що мiстять:
5-13% Mg ,
0,2-1,6% Mn ,
1,75-2,25% Ni ,
до 0,2% Zr i iн.
Магналiї вiдрiзняються високою мiцнiстю i стiйкiстю до корозiї в прiснiй i навiть морськiй водi. Магналiї також добре стiйкi до впливу азотної кислоти HNO3 , розведеної сiрчаної кислоти H2SO4 , ортофосфорної кислоти H3PO4 , а також у середовищах, що мiстять SO2.
Застосовуються як конструкцiйний матерiал у :
авiабудуваннi;
суднобудуваннi;
машинобудуваннi (зваренi баки, заклепки, бензопроводи, мастилопроводи);
для виготовлення арматури будiвельних споруджень;
для виготовлення деталей холодильних установок;
для виготовлення декоративних побутових предметiв i iн.
При змiстi Mg вище 6% магналiї схильнi до межкристаллической корозiї.
До складу силумiнiв входять:
1-4% Cu ,
0,2-0,9% Mn ,
iнодi 2-4% Zn ,
0,8-2% Ni ,
0,1-0,4% Cr ,
Вони найбiльше часто використовуються там, де необхiдно виготовити
тонкостiннi чи складнi за формою деталi.
По корозiйнiй стiйкостi займають промiжне положення мiж дюралюмiнами i магналiями.
Знайшли своє основне застосування в:
вагонобудуваннi;
автомобiлебудуваннi i будiвництвi сiльськогосподарських машин для виготовлення картерiв, деталей колiс, корпусiв i деталей приладiв.
САП - сплави, що складаються з Al i 20-22% Al2O3.
Одержують спiканням окисленого алюмiнiєвого порошку. Пiсля спiкання частки Al2O3 вiдiграють роль укрiплювача.
Мiцнiсть даного з'єднання при кiмнатнiй температурi нижче, нiж у дюралюмiнiв i магналiїв, але при температурi яка перевищу 200 °С перевершує їх.
При цьому САП мають пiдвищену стiйкiсть до окислювання, тому вони незамiннi там, де температура експлуатацiї перевищує 400 °С. Нейтралiзуючий агент необхiдний для нейтралiзацiї соляної кислоти HCl при шлунково-кишкових захворюваннях.
Плакування - (вiд французького plaquer - накладати) нанесення методом гарячої чи прокатки пресування на поверхню металевих аркушiв тонкого шару iншого чи металу сплаву.
мають низький модуль нормальної пружностi 43000МПа i погано пручаються корозiї.
Ливарнi сплави. Широко застосовується сплав МЛ5, у якому сполучаються високi механiчнi i ливарнi властивостi. Вiн використовується для лиття навантажених великогабаритних виливкiв.
Сплав МЛ6 володiє кращими ливарними властивостями, чим МЛ5, i призначається для виготовлення тяжелонагруженних деталей.
Деформируемие сплави. Цi сплави виготовляють у видi горячекатаних пруткiв, смуг, профiлiв, а також кувань i штампових заготiвель.
Сплав МА1 - (у=190-220МПа, (0. 2=120-140МПа, (=5-10%.
Сплави на основi мiдi. Розрiзняють двi основнi групи мiдних сплавiв: 1) латунi - сплави мiдi з цинком; 2) бронзи - сплави мiдi з iншими елементами. Мiднi сплави мають високi механiчнi i технiчнi властивостi, добре пручаються корозiї i зносу.
Латунi.
Латунями називають подвiйнi чи багатокомпонентнi сплави на основi мiдi, у яких основним легуючим елементом є цинк.
Коли потрiбно висока пластичнiсть, пiдвищена теплоотводность застосовують латунi з високим змiстом мiдi (Л06 i Л90). Латунi Л62, Л60,Л59 з великим змiстом цинку мають бiльш високу мiцнiсть, краще обробляються рiзанням, дешевше, але гiрше пручаються корозiї.
Латунь ЛЦ40С - (у=215МПа, (=12%, 70НВ.
Олов'янi бронзи. Володiють гарними ливарними властивостями i
Лазернi процеси; ефективнiсть та галузi їх застосування
обробка матерiалiв. Лазерна технологiя виявилася досить динамiчною i самостiйною областю сучасного Машино- i приладобудування, що по обсязi капiталу виходить на бататомiлiарднi обороти. Найбiльше ефективно технологiчне застосування лазерного випромiнювання в мiкро обробцi, розкрої i рiзаннi матерiалiв, з мiцнiючої поверхневої обробки, зварюванню, маркiруваннi, гравiюваннi, поверхневiй очищеннi матерiалiв, вирощування трьох мiрних об'єктiв, формуваннi виробiв складної просторової форми з листового металу, спецiальних операцiях лазерної обробки.
Лазернi системи подiляються на три основнi групи: твердотiльнi лазери, газовi, серед яких особливе мiсце займає CO2-лазер; i напiвпровiдниковi лазери. Якийсь час назад з'явилися такi системи, лазери, що як перебудовуються, на барвниках, твердотiльнi лазери на активованих стеклах.
Застосування лазерiв при мiкро обробцi звiсно що з часу їх появлення. Завдяки специфiчним властивостям лазерного випромiнювання, характерної високої концентрацiй, електромагнiтна енергiя може бути значно локалiзована, що дозволяє контрольовано видаляти мiкроскопiчнi обсяги матерiла i в такий спосiб виконувати прецизiйну обробку. В даний час можна одержувати мiкроотвори у рiзних матерiалах незалежно вiд їхнiх властивостей.
Розкрiй i рiзання матерiалiв. Застосування лазера при розкрої i рiзаннi зараз дуже поширено, тому що одночасно з високою точнiстю обробки забезпечується значна економiя матерiалу за рахунок дуже малої ширини рiза i рацiональної системи розкрою в порiвняннi з традицiйними технологiями. При цьому ефективнiсть вирiзування виробiв складного профiлю при звичайної вирубною штампуванню листових виробiв.
Лазерної розкрiй матерiалiв широко використовується в сучасної автомобiльної, аерокосмiчний, суднобудiвної, електротехнiчної промисловостi, сiльськогосподарському машинобудуваннi, легкої промисловостi. Останнiм часом розвивається i досить специфiчне застосування лазерного розкрою, наприклад, в енергетичнiй промисловостi. Так, на атомних станцiях при виконання монтажних i ремонтних робiт
комплексу для проведення демонтажних робiт в об'єктi "Укриття" Чорнобильської атомної станцiї.
Зварювання. Завдяки високiй концентрацiї енергiї i можливостi досить гнучкого керування нею в просторi i часi лазерний промiнь став унiверсальним термiчним джерелом для виконання нероз'ємних з'єднань з рiзних матерiалiв. В даний час з його допомогою можна з'єднати тонкий провiдник з металевою мiкро плiвкою. Лазерним променем можна зварювати i сталевi деталi товщиною бiльш десятка сантиметрiв з досить високою якiстю з'єднання, якого не можна досягти iншими методами зварювання. Крiм з'єднань сталей рiзних типiв, лазерна технологiя виявилася дуже ефективної при зварюваннi алюмiнiю й алюмiнiєвих, а також титанових сплавiв. Завдяки можливостi дуже якiсного зварювання металевих аркушiв рiзної товщини створена нова технологiя штампування великогабаритних деталей складної просторової форми з рiзної товщини листових заготiвель.
Маркiрування, гравiювання, нанесення i зчитування iнформацiйних знакiв.
проводити не тiльки на поверхнi, але й усерединi обсягу матерiалу, прозорого для лазерного променя.
Виконання художнi написiв, малюнкiв, рiзних гравiрованих робiт добре зарекомендувало себе в ювелiрнiй промисловостi, при виготовленнi сувенiрних виробiв з металу, дерева, скла, каменю... Виявилося можливим виготовлення компакт-дискiв двошаровим, причому верхнiй шар є прозорим для лазерного випромiнювання. Таким чином, потрiбна iнформацiя спочатку наноситься сфальцьованим променем на перший шар, а потiм при зсувi фокальної плями на поверхню другого шару запис iнформацiї (чи її зчитування) може бути продовжена. У результатi її обсяг, записаний на такому диску, зростає вдвiчi.
Динамiчне балансування. Ряд сучасних дуже вiдповiдальних прецизiйних виробiв має вузли, що вимагають специфiчної операцiї – динамiчного балансування, тобто точного видалення зайвої маси поверхнi чи вузла деталi, що обертається з великою швидкiстю, для забезпечення стабiльної роботи виробу. До таких виробiв можна вiднести судновi й авiацiйнi гiроскопи, швидкiснi електродвигуни i т. п..
Поверхневе очищення матерiалiв. Вона посилено розвивається в останнi роки. Якщо донедавна досить поширено було тiльки лазерне видалення iзоляцiї з кiнцiв проводiв перед їхнiм з'єднанням з вiдповiдними електричними (електронними) елементами, то зараз з'являються усе бiльш незвичайнi i навiть екзотичнi застосування.
Видалення iзоляцiї - саме по собi дуже ефективний процес: швидкодiючий, легко контрольований, безконтактний (не викликає ушкодження провiдника).
Це дуже важливо для надтонких мiкро провiдникiв i рiзних деталей мiкроелектронiки. Висока якiсть очистки головним чином досягається завдяки значної поглинаючою здатностi рiзних органiчних матерiалiв (зокрема , полiмерних iзолюючих покрить) в умовах їхнього опромiнення iнфрачервоним променем лазерiв з довжиною хвилi 10,6 чи 1,06 км. Така технологiя також використовується для очищення поверхонь вiдповiдальних деталей вiд промислового бруду, рiзного роду поверхневих включень у матерiалi й iн. замiсть традицiйних хiмiчних методiв очищення.
Формування виробiв складної просторової форми з листового металу. Завдяки можливостi дуже точно контролювати подачу теплової енергiї в зону лазерної дiї i її перемiщення по поверхнi оброблюваного матерiалу з'явилася технологiя програмованої змiни форми листового металу за рахунок термiчних деформацiй, генерованих лазерним променем. За новою технологiєю без використання традицiйних дороги деформуючих iнструментiв можна виготовити трубчастi деталi, хвилястi поверхнi, згинати металевий матерiал вiдповiдно до заданої програми. Ця технологiя добре себе зарекомендувала увипадках, коли потрiбно виготовити невелику партiю складних деталей з металевого листа, а проектування i виготовлення складного деформуючого iнструмента не окупається. Вiдомо експериментальне використання випромiнювання могутнього СО2-лазера змiни просторової форми листа прокатної сталi товщиною 25 мм.
Спецiальнi операцiї лазерної обробки. Специфiчнi особливостi
використання лазерного променя як унiверсального iнструмента дають можливiсть постiйно пропонувати вага новi i новi технологiчнi застосування лазерiв. Значної ефект дає комбiнування лазерної технологiї з iншими технологiчними методами. Так, Використання лазерного локального нагрiвання шаруючи матерiалу перед його видаленням механiчним режущем iнструментом значно полегшує процес механiчної обробки надтвердих матерiалiв, пiдвищує стiйкiсть iнструмента, що рiже.
Можливостi технологiчного застосування лазерного випромiнювання далеко не вичерпанi, про що свiдчать результати численних новiтнiх публiкацiй. Подальший розвиток лазерної технiки i технологiї дозволяє виробнику одержати значнi переваги в умовах складної конкуренцiї сучасної глобальної економiки.
Процес кристалiзацiї металiв i сплавiв, графiчне зображення процесукристалiзацiї
Будь-яка речовина може знаходитися в трьох агрегатних станах: твердому, рiдкому, газоподiбному. Можливий перехiд з одного стану в iнше, якщо новий стан у нових умовах є бiльш стiйким, має менший запас енергiї. Зi змiною зовнiшнiх умов вiльна енергiя змiнюється по складному законi по-рiзному для рiдкого i кристалiчного станiв. Для початку процесу кристалiзацiї необхiдно, щоб процес був термодинамiчно вигiдний системi i супроводжувався зменшенням вiльної енергiї системи. Це можливо при охолодженнi рiдини нижче температури ТS.
Температура, при якiй практично починається кристалiзацiя називається фактичною температурою кристалiзацiї.
бiльша ступiнь переохолодження).
При нагрiваннi всiх кристалiчних тiл спостерiгається чiтка границя переходу з твердого стану в рiдке. Така ж границя iснує при переходi з рiдкого стану у тверде.
Кристалiзацiя протiкає в умовах, коли система переходить до
термодинамiчно до бiльш стiйкого стану з мiнiмумом вiльної енергiї. Процес переходу металу з рiдкого стану в кристалiчне можна зобразити кривими в координатах час – температура.
При вiдповiдному зниженнi температури в рiдкому металi починають утворюватися кристалики – центри чи кристалiзацiї зародки. Для початку їхнього росту необхiдне зменшення вiльної енергiї металу, у противному випадку зародок розчиняється.
Мiнiмальний розмiр здатного до росту зародка називається критичним розмiром, а зародок – стiйким.
Перехiд з рiдкого стану в кристалiчне вимагає витрати енергiї на
утворення поверхнi роздягнула рiдина – кристал. Процес кристалiзацiїбуде здiйснюватися, коли виграш вiд переходу у твердий стан бiльше втрати енергiї на утворення поверхнi роздягнула.
Зародки з розмiрами рiвними i великими критичного ростуть зi зменшенням енергiї i тому здатнi до iснування.
Рiст продовжується в напрямках, де є вiльний доступ живильної середовища.
Пiсля закiнчення кристалiзацiї маємо полiкристалiчне тiло.
Якiсна схема процесу кристалiзацiї може бути представлена кiлькiсно кiнетичної кривої .
Процес спочатку прискорюється, поки зiткнення кристалiв не починає перешкоджати їхнього росту. Обсяг рiдкої фази, у якiй утворяться кристали зменшується. Пiсля кристалiзацiї 50 % обсягу металу, швидкiсть кристалiзацiї буде сповiльнюватися. Таким чином, процес кристалiзацiї складається з утворення центрiв кристалiзацiї i рости кристалiв з цих центрiв.
У свою чергу, число центрiв кристалiзацiї (ч. ц.) i швидкiсть росту кристалiв (с. р.) залежать вiд ступеня переохолодження.
Розмiри кристалiв, що утворилися, залежать вiд спiввiдношення числа центрiв кристалiзацiї, що утворилися, i швидкостi росту кристалiв при температурi кристалiзацiї.
При рiвноважнiй температурi кристалiзацiї ТS число центрiв
кристалiзацiї, що утворилися, i швидкiсть їхнього росту дорiвнюють нулю, тому процесу кристалiзацiї не вiдбувається.
Якщо рiдина переохолодити до температури, що вiдповiдає т. а, то утворяться великi зерна (число центрiв, що утворилися, невелике, а швидкiсть росту - велика).
При переохолодженнi до температури вiдповiдної т. у – дрiбне зерно (утвориться велике число центрiв кристалiзацiї, а швидкiсть їхнього росту невелика). Якщо метал дуже сильно переохолодити, то число центрiв i швидкiсть росту кристалiв дорiвнюють нулю, рiдина не кристалiзується, утвориться аморфне тiло. Для металiв, що володiють малою схильнiстю до переохолодження, експериментально виявляються тiльки висхiднi галузi кривих.
| 
