1

МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО

ЛЕКЦІЇ

Перший модуль

Тема №1 Основні відомості про метали і сплави

Тема уроку: Класифікація металів і сплавів та їх застосування (РК)

Криворізький залізорудний басейн – найважливіша сировинна база металургії України:

Підприємство займає на внутрішньому ринку монопольне становище за деякими товарними позиціями.

Потужності підприємства розраховано на щорічний випуск близько 6 млн. т. металопрокату, 7 млн. т

сталі і більше 7,8 млн. т чавуну, тобто більше 20 млн. т металопрокату, сталі і чавуну на рік.

Об'єднуючи гірничо-збагачувальний комплекс (з агломераційним виробництвом), коксохімічне та

металургійне виробництво (аглодоменну, сталеплавильну і прокатну переробку), становить повний

цикл виробництва металу.

Більшість елементів таблиці Мендєлєєва – метали. Деякі метали використовуються в технічно

чистому виді. Наприклад: залізо, алюміній, мідь – в електротехніці, радіотехніці, електроніці,

гальванотехніці.

Схема №1.1 Поділ хімічних елементів на метали і неметали ( металоїди ):

Визначення поняття « металів» :

Металами називають хімічні елементи , характерними ознаками яких є непрозорість, блиск, добра

провідність тепла і електричного струму, а для деяких металів також ковкість і здатність до зварювання;

М.В. Ломоносов – основоположник науки про метал;

Визначення поняття «сплав»;

Складні речовини , що поєднані із декількох металів або з’єднання металів з неметалами називають

сплавами, наприклад чавун, сталь.

Всі метали можна розділити на дві великі групи - чорні та кольорові метали.

Сталі класифікують за вмістом вуглецю (вуглецеві сталі) та за вмістом легуючих елементів (леговані

сталі).

1 Яке значення має практичне застосування металів та їх сплавів в Криворізькому промисловому

регіоні?

2 Як поділяють хімічні елементи?

3. Дайте визначення поняттю «метал»

4. Кого вважають основоположником науки про метал?

5. Назвіть сфери застосування металів та сплавів.

елементи

метали:

залізо, алюміній, мідь та ін.

неметали, наприклад інертні гази

(аргон, гелій)

2

Тема уроку: Металеві сплави

1 Металевими сплавами називають речовини, які складаються не менше, як з двох компонентів і

одним з них обов’язково повинен бути метал.

поширене застосування мають металеві сплави, яких налічується десятки тисяч марок.

Найбільшого промислового застосування набули сплави заліза. Їх називають чорними металами. До них

належать: чавун, сталь і феросплави.

1. Що називають металевими сплавами?

2 Назвіть сплави заліза;

3 Як називають сплави заліза?

4 Що називають компонентами, як їх розрізняють?

5 Які сплави найчастіше застосовують у техніці ?

Тема 2 Властивості металів

Тема уроку: Фізичні властивості металів і сплавів

Прикладна наука, що вивчає у взаємозв’язку склад, будову та властивості металів і сплавів, встановлює

залежність будови і властивостей від методів виробництва та обробки металів і сплавів, а також зміну їх

під впливом механічних, термічних та інших зовнішніх дій на метали називається металознавство.

Схема №2.1 Властивості металів

Властивість (property, quality) – це сукупність характеристик

металів і сплавів від яких залежить придатність виготовлення

деталей та конструкцій. Одні з них легкі (магній, алюміній, титан),

інші важкі (свинець). Олово, свинець - метали, які легко плавляться,

а для розплаву заліза або платини необхідно витратити багато

енергії. Міцність є одним з головних факторів при вироблені металу

для виготовлення деталей, але не всі однаково міцні. Розрізняють

фізичні, хімічні, механічні та технологічні властивості металів:

Фізичні властивості металів та їх одиниці виміру :

Фізичні властивості металів проявляються при дії фізичних явищ, які діючи на метал, не змінюють

його складу. Наприклад, при нагріванні метал розплавляється, але його склад

залишається попереднім.

Схема №2.2 Фізичні властивості металів

Густина (solidity, strength) – величина, яка дорівнює відношенню маси металу

до займаного ним об’єму. Наприклад, густина заліза дорівнює 7800 кг/м3,

алюмінію 2700 кг/м3, свинцю 11300 кг/м3.

Кольором називається здатність металів відбивати світлові промені, що на них попадають. Промені

світла, відбиті від різних металів, діють на органи зору по-різному, що створює відчуття того чи іншого

кольору. Наприклад, мідь має рожево-червоний колір, алюміній – білий.

Теплопровідністю (heat/thermalconductivity) називають здатність металів проводити тепло. Чим більша

теплопровідність, тим швидше тепло поширюється по металу при його нагріванні і віддається ним при

охолодженні. Високу теплопровідність мають мідь та алюміній. Залізо, сталь, чавун проводять тепло в

4-6 разів гірше, ніж мідь.

3

Теплоємність (thermal/heatcapacity) визначає кількість тепла, необхідного для нагрівання металу на 10.

Низьку теплоємність мають платина і свинець. Теплоємність сталі і чавуну майже в 4 рази вище

теплоємності свинцю.

Плавлення (melting) – це процес переходу металу з твердого стану в рідкий. Метали із високою

температурою плавлення вважають тугоплавкими (вольфрам, хром, платина), а метали з низькою

температурою плавлення належать до легкоплавких (олово, свинець). Наприклад, температура

плавлення заліза-15390, міді-1083, олова-2319, вуглецевої сталі - 1420-1520 0С.

Теплове (термічне) розширення означає здатність металу, що нагрівається, збільшувати свої розміри.

Електропровідністю називають здатність металу проводити електричний струм. Хорошими

провідниками струму є срібло, мідь, алюміній. Деякі метали і сплави (ніхром) чинять електричному

струму великий опір ;

Фізичні властивості металів що впивають на зварюємість металів та їх сплавів:

- Теплопровідність, теплоємність , плавлення, теплове розширення;

Контрольні питання:

1. Назвіть фізичні властивості металів

2.В чому особливість фізичних властивостей металів?

3 Які фізичні властивості впливають на зварюємість металів та їх сплавів?

Тема уроку: Хімічні властивості металів

Хімічні властивості. Це – здатність металів і сплавів взаємодіяти з навколишнім середовищем,

вступати в хімічні сполучення, розчинятися, кородувати, чинити опір дії агресивних середовищ.

Найбільш важливі з них – це окислення на повітрі,

кислотостійкість, лугостійкість, жароміцність.

Схема № 2.3 Хімічні властивості металів

Контрольні питання:

1 В чому відмінність хімічних властивостей металів від

фізичних?

2 Чому до хімічних процесів відносять добування металів із руд та

виробництво чавуну?

3 В чому відмінність жаростійкості від жароміцностіності?

Тема уроку: Механічні властивості металів

Механічні властивості металів (міцність, пружність, пластичність, в'язкість), як і інші властивості, є

вихідними даними при проектуванні та створенні різних машин, механізмів і споруд.

Методи визначення механічних властивостей металів поділяють на такі групи:

статичні, коли навантаження зростає повільно і плавно (випробування на розтяг, стиск,

згин, крутіння, твердість);

динамічні, коли навантаження зростає з великою швидкістю (випробування на ударний

згин);

циклічні, коли навантаження багаторазово змінюється (випробування на втому);

4

технологічні — для оцінки поведінки металу при обробці тиском (випробування на

згин, перегин, видавлювання).

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1. Назвіть основні характеристики механічних властивостей металів.

2. Назвіть групи випробовувань механічних властивостей металів.

3. У чому полягає суть випробовування на розтяг?

4. Що таке в'язкість і пластичність твердих тіл?

5. За якою пробою визначають в*язкість металлу?

6. Пояснить сутність випробовування металу на втомлюваність.

Тема уроку: Технологічні властивості

Під технологічними властивостями металів розуміють здібність металів піддаватися різним видам

обробки.

Рис. 2.5 Технологічні проби:

а — згинання; б — перегинання; в — осаджування; г — навивання; д — видавлювання; е — проба

сталі на іскру

технологічних властивостей важливе значення мають обробка різанням, зварюємість, ковкість,

рідкотекучість в розплавленому стані, прокалюємість ;

Контрольні запитання

1 Що характеризують технологічні властивості матеріалів?

2 Назвіть основні технологічні властивості металів?

3 Які технологічнівластивості мають значення для технологічного процесу зварювання?

Тема №3 Залізовуглецеві сплави

Тема уроку: Виробництво сталі ( РК )

Сталь - це сплав заліза з вуглецем і домішками (кремній, марганець, сірка, фосфор та гази) якому

вуглецю не більше, ніж 2,14 % ;

Основне призначення переробки чавуну в сталь – це зниження вмісту в ньому вуглецю,

кремнію, марганцю і фосфору шляхом окислення і переводу їх у шлак або гази.

5

Процес отримання сталі із чавуну зводиться до окислення домішок чавуну до потрібних меж

чистим киснем або киснем повітря або руди.

Схема № 3.1 Способи отримання сталі з чавуну

При виплавці сталі використовують такі вихідні матеріали: металошихта, флюси та окислювачі.

Основна частина металошихти (до 80%) – це переробний чавун і стале-вий брухт. Іноді – ще й

феросплави. У якості флюсу використовують вапняк. У якості окислювача – залізну руду.

Особливість виготовлення сталі на Криворізькому металургійному комбінаті:

Криворізький металургійний вузол включає найбільші в Україні кар'єри, шахти, п'ять гірничо-

збагачувальних комбінатів, кілька аглофабрик, металургійний завод.

Практично всі вказані способи застосовують на Криворізькому металургійному

комбінаті.

На сучасних комбінатах чорної металургії застосовується трьохстадійна схема виробництва сталі:

- перша стадія – виробництво чавуну (доменний цех);

- друга – переплавка чавуну в сталь (сталеплавильний цех);

- третя – виробництво стального прокату (прокатний цех).

Закріплення нового матеріалу:

1. Що називають сталлю?

2 . Для чого чавун переробляють в сталь?

3. Назвіть способи отримання сталі із чавуну;

4 .Якими способами виготовляють сталь на на Криворізькому металургійному

комбінаті?

Тема уроку: Класифікація сталі

Сталі є найбільш поширеними матеріалами. Володіють хорошими технологічними

властивостями. Вироби отримують в результаті обробки тиском і різанням.

Гідністю є можливість, отримувати потрібний комплекс властивостей, змінюючи склад і

вид обробки. Стали, підрозділяють на вуглецеві і леговані.

Вуглецеві сталі є основними. Їх властивості визначаються кількістю вуглецю і змістом

домішок, які взаємодіють із залізом і вуглецем.

4.2 Класифікація сталей

- за вмістом вуглецю (низьковуглецеві - вміст вуглецю від 0,08 до 0,25 %,

середньовуглецеві - від 0,25 до 0,60 %, високовуглецеві - від 0,60 до 2,14 %);

_ за вмістом легуючих елементів :

Способи отримання

сталі з чавуну

конверторний

мартеновский

електроплавка

6

-якщо сталь містить в сумі до 2,5% легуючих елементів, її називають нізколегированной.

Сталь, що містить 2,5-10% легуючих елементів, вважається среднелегированной, більше

10% - високолегованою.

- за структурою (доевтектоїдні із вмістом вуглецю від 0,08 до 0,8 %, структура ферит +

перліт; евтектоїдні із вмістом вуглецю 0,8 %, структура перліт; заевтектоїдні із вмістом

вуглецю від 0,8 до 2,14 % структура перліт + цементит вторинний);

- за способом виробництва (конверторні, мартенівські сталі, виплавлені в електропечах

і сталі після електрошлакового переплавлення);

- за призначенням (конструкційні, інструментальні та спеціального

призначення)

Закріплення нового матеріалу:

1.Надайте характеристику сталі, її визначення;

2.За якими параметрами класифікують сталь?

3.Як класифікують сталь за вмістом вуглецю?

4.Як класифікують сталь за вмістом вуглецю?

5.Як класифікують сталь за легуючих елементів

Тема уроку: Вуглецеві конструкційні сталі звичайної якості

Випускають вуглецеві сталі трьох груп:

- звичайної якості;

- якісну (загального призначення);

- спеціального призначення (автоматну, котельну і ін.).

Вуглецеві сталі звичайної якості характеризуються значним змістом шкідливих

домішок, неметалічних включень і газів. Сталі звичайної якості випускають у вигляді

прокату.

... За ГОСТ 380-71 вуглецева конструкційна сталь звичайної якості залежно від

призначення підрозділяється на три групи: А, Би і В.

Сталь групи А поставляється по механічних властивостях,. Їх хімічний склад не

регламентується.

групи Б по хімічному складу, використовують для виготовлення виробів із

застосуванням гарячої обробки (штампування, кування)

групи В по механічних властивостях з додатковими вимогами по хімічному складу

Закріплення нового матеріалу:

1. Як поділяють вуглецеві сталі за якісними характеристиками?

2. Як поділяють вуглецеві звичайної якості залежно від призначення?

3. Як характеризуються вуглецеві сталі звичайної якості? 4. Як поділяють вуглецеві звичайної якості за ступенем розкислювання?

Тема уроку: Вуглецеві конструкційні якісні сталі Якісні сталі поставляють із гарантованими механічними властивостями й хімічним складом (група В). Ступінь розкисленості, в основному, спокійна. ^4.1 Конструкційні якісні вуглецеві сталі маркують двозначним числом, що вказує середній зміст вуглецю в сотих частках відсотка. Вказується ступінь розкисленості, якщо вона відрізняється від спокійної.

7 Сталь 08 кп, сталь 10 пс, сталь 45. Зміст вуглецю, відповідно, 0,08 %, 0,10 %, 0,45 %. 4.2 Інструментальні якісні вуглецеві сталі маркуються буквою В (вуглецева інструментальна сталь) і числом, що вказує зміст вуглецю в десятих частках відсотка. Сталь В8, сталь В13. Зміст вуглецю, відповідно, 0,8 % і 1,3 % 4.3 Інструментальні високоякісні вуглецеві сталі. Маркуються аналогічно якісним інструментальним вуглецевим сталям, тільки наприкінці марки ставлять букву А, для позначення високої якості сталі. Сталь В10А.

Закріплення нового матеріалу:

1 До якої групи належить вуглецева конструкційна якісна сталь?

2 Яка в основному ступінь розкислення у вуглецевої конструкційної якісної сталі?

3 Як маркують Конструкційні якісні вуглецеві сталі?

4. Що означає маркування Сталь 08 кп ?

Тема уроку: Маркування вуглецевої сталі Сталі звичайної якості, відповідно до ГОСТ 380-88, маркують літерами “Ст” і цифрами, які вказують номер марки, а наприкінці марки ставлять, в залежності від ступеня розкислення, літери “кп”, “нс” або “сп”. Із сталей цієї групи виготовляють гарячекатаний прокат (балки, прутки, швелери листи, труби), застосовують для будівельних конструкцій та маловідповідальних деталей машин. Вуглецеві якісні сталі, відповідно до ГОСТ 1050-88, маркують двозначним числом, що вказує середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка. Ступінь розкислення позначається літерами “кп”, “нс”, які ставляться після числа. В спокійних сталях літери “сп” не ставлять. Наприклад, 05кп, 08кп, 10, 15, …35, 40, …85.

Закріплення нового матеріалу:

1. Як позначають ступінь розкислення у сталях звичайної якості?

2. В яких частках відсотків вказується вміст вуглецю в інструментальних вуглецевих

сталях?

3.В яких частках відсотків вказується вміст вуглецю у вуглецевих сталях?

4.Прочитайте маркування: 08кп; 15Л, У13А.

Лабораторно - практична робота Тема роботи: Вивчення мікроструктури вуглецевих конструкційних сталей Мета роботи: навчитися проведити мікроаналіз структур вуглецевих сталей, визначення за ними типу сплаву, вміст вуглецю, марки сталі, її властивостей і практичного застосування.

Зміст роботи. 1. Організаційний момент;

8

2. Інструктаж з техніки безпеки при роботі з натуральними зразками та організації праці на робочому місці; 3. Теоретична частина роботи:

Мікроструктура вуглецевих сталей в рівноважному стані, отримана після повільного

охолодження (відпалу), може бути визначена з діаграми стану “залізо-вуглець”. Сплави,

які вміщують вуглецю до 0,02 % називаються технічним залізом. Його структура

складається зі світлих зерен фериту з добре помітними темними границями (рис. .1, а), на

яких виділяється третинний цементит. (Для того, щоб відрізнити ферит від цементиту,

шліфи протравлюють реактивом – пікратом натрію, який забарвлює цементит в темний

колір і не діє на ферит). Сплави з вмістом вуглецю 0,02…2,14 % називаються сталями.

Вони поділяються на доевтектоїдні (0,02…0,8 % С), евтектоїдні (0,8 % С) і заевтектоїдні

(0,8…2,14 % С).

Структура доевтектоїдних сталей складається з фериту та перліту (рис. 1, б),

евтектоїдних – тільки з перліту (рис. 1, в), заевтектоїдних – перліту і вторинного

цементиту (ЦII), який при повільному охолодженні виділяється по границях зерен

перліту і спостерігається під мікроскопом у вигляді сітки білого кольору при травленні

шліфа розчином азотної кислоти (рис. 3.1, г).

Рисунок 1 –Схема структур залізовуглецевих сплавів: а - технічного заліза; б –

доевтектоїдної сталі; в – евтектоїдної сталі; г – заевтектоїдної сталі

Виділення вторинного цементиту по границях зерен перліту є небажаним, оскільки

така структура має підвищену твердість і погано оброблюється різанням. Чим більше в

сталі вуглецю, тим ширшою є цементитна сітка і менше утворюється перліту.

Таким чином, із збільшенням вмісту вуглецю в сталі змінюється їхня структура і

фазовий склад: зменшується частка м’якого фериту, збільшується кількість твердого

цементиту і відповідно до цього зростають твердість (НВ), границя міцності (В),

зменшується пластичність () і ударна в’язкість (КС) –рис. 2.

9

Рисунок 2 – Вплив вмісту вуглецю на механічні властивості сталі

За структурою сталі, що знаходиться в рівноважному стані, можна приблизно

визначити вміст вуглецю, і, таким чином, марку сталі. Для цього на мікроструктурі, що

вивчається під мікроскопом, орієнтовно визначають площі, які займають перлітом і

феритом. Вміст вуглецю у фериті, як ми знаємо, при кімнатній температурі менше 0,01 %

і ним можна знехтувати, тобто прийняти рівним нулю. Вміст вуглецю у перліті – 0,8 %.

Наприклад, при мікроструктурному аналізі визначили, що площа, яку займає ферит,

складає 30 %, а перліт – 70 % всієї площі. Тоді кількість вуглецю, що вноситься

перлітом, визначається за пропорцією:

100 % перліту — 0,8 %С

70 % перліту — х %

Звідки: х= .

Такий приблизно вміст вуглецю має вуглецева сталь марки 55.

Визначати марку заевтектоїдної сталі за такою методикою не варто, оскільки навіть

приблизно визначити площу, яку займає цементитна сітка, практично неможливо.

Практична частина роботи: Завдання на роботу:

1. Розглянути зразки сталі і визначити структурні складові.

2. Вказати клас сталі (до-, за- чи евтектоїдна).

3. За структурою визначити вміст вуглецю і вказати марку сталі.

4. Зарисувати схеми мікроструктур.

5. Скласти звіт про роботу, в який включити:

дільницю діаграми стану “залізо – цементит” для сталей;

графік залежності механічних властивостей сталі від вмісту вуглецю;

механічні властивості розглянутих марок сталей;

висновки. Контрольні питання для самопідготовки

1. Які сталі називаються доевтектоїдними, заевтектоїдними?

10

2. Яка структура доевтектоїдних сталей при їх рівноважному стані?

3. Яка структура заевтектоїдних сталей при їх рівноважному стані?

4. Як можна визначити марку сталі за її структурою?

5. Який вплив вмісту вуглецю і цементиту на механічні властивості сталей (твердість,

міцність, ударну в’язкість)?

6. Як досягається рівноважний стан сталі?

7. Що називають “технічним залізом”?

8. Який вміст вуглецю в перліті?

9. Який вміст вуглецю у фериті?

Тема 4 Зварювальні матеріали

Тема уроку: Види зварювальних матеріалів та вимоги до них

4.1 Матеріали для ручного дугового зварювання: електроди плавкі і неплавкі.

Неплавкі електроди виготовляють з тугоплавких матеріалів, таких як вольфрам по

ГОСТ 23949-80 "Електроди вольфрамові зварювальні плавкі", синтетичний графіт або

електротехнічний вугілля. Плавкі електроди виготовляють з зварювального дроту, яка

згідно ГОСТ 2246-70 [5]

поділяється на вуглецеві, леговані і високолеговані.;

Рис.4.1 Плавкі електроди

Рис.4.2 Неплавкі електроди ( вольфрамові )

4.2 Матеріали для автоматичного та механізованого дугового зварювання:

4.2.1 Зварювальний дріт ( суцільний , порошковий )

Рис.4.3 Види зварювального дроту

суцільний порошковий

4.2.2 Захисні гази:

- інертні (аргон, гелій та їх суміші);

- хімічно активні ( воден. Кисень , вуглекислий газ , азот)

- вибіркової активності (азот – інертний до міді ).

4.3 Флюси :

11

- для зварювання плавким електродом;

- для зварювання вугільним електродом;

- для газового зварювання.

4.4 Матеріали для газового зварювання:

4.4.1 Горючі гази:

- ацетілен;

- пропан, бутан, та їх суміші;

4.4.2 Кисень, як газ що активно підтримує горіння;

4.4.3 Присадочний дріт.

Закріплення нового матеріалу:

1 Які матеріали застосовують для ручного дугового зварювання?

2 Які матеріали автоматичного та механізованого дугового зварювання?

3 Які матеріали застосовують для газового зварювання?

4 Назвіть основні й додаткові вимоги до зварювальних матеріалів.

Тема уроку: Зварювальний сталевий дріт

Призначення зварювального електродного дроту:

Зварювальний електродний дріт використовують для виготовлення штучних плавких

електродів, що використовують для ручного дугового зварювання,

для різних видів напівавтоматичного, аргонодугового, автоматичного та інших видів

зварювання плавленням.

Основна вимога до зварювального дроту:

хімічний склад дроту для зварки повинен відповідати складу металу, з якого зроблені

зварювані деталі або елементи, зварювальний дріт повинен плавитися при температурі,

практично рівній температурі металу, плавлення повинне бути рівномірним, а сам

зварювальний дріт не повинен бути брудним або окисленим.

Сталевий зварювальний дріт – призначений для всіх видів зварювання плавленням і

виготовлення електродів.

Класифікація зварювального дроту

Зварювальний дріт по групах і марках сталі класифікується на три групи:

- зварювальний дріт низько вуглецевий - 6 марок

- зварювальний легований дріт - 30 марок

- зварювальний високолегований дріт - 41 марок

За видом поверхні низько вуглецевий і легований дріт випускають обміднений або не

обміднений.

Закріплення нового матеріалу:

1 Де використовують зварювальний дріт?

2 Яка основна вимога до зварювального дроту?

3 Як класифікується зварювальний дріт по групах і марках сталі?

4 Прочитайте позначення: 4Св-08Х20Н9Г7Т.

Тема уроку: Електродні покриття

Види електродів по товщині покриття

За товщиною покриття електроди розділяються в залежності від ставлення D / d (D - діаметр

покритого електрода; d - діаметр стержня):

12

з тонким покриттям (D / d <1,2). Позначаються буквою М; із середнім покриттям (D / d <1,45). Позначаються буквою С; з товстим покриттям (D / d <1,8). Позначаються буквою Д; з особливо товстим покриттям (D / d> 1,8). Позначаються буквою Г.

ГОСТ 9466 - 75 передбачає також три групи електродів - 1, 2, 3, характеризуються вимогами

до якості (точності) виготовлення електродів, станом поверхні покриття, а також

вмістом сірки і фосфору в наплавленого металу.

Види електродів за типом покриття:

з кислим покриттям (А); з основним покриттям (Б); з целюлозним покриттям (Ц); з рутиловим покриттям (Р); з покриттям змішаного виду (з подвійним літерним позначенням); з іншими видами покриттів (П).

Умовне позначення та маркування електродного покриття:

Таблиця № 4.1 відповідності маркувань електродів за типом покриття:

Тип покриття Позначення по ГОСТ

9466-75

Міжнародне позначення

ISO

Кисле А A

Основне Б B

Рутилове Р R

Целюлозне Ц C

Змішані покриття

Кисло-рутилове АР AR

Рутилове-основне РБ RB

Рутилове-целюлозне РЦ RC

Інші (змішані) П S

Рутилові із залізним порошком РЖ RR

Закріплення нового матеріалу:

1 Як електродні покриття ділять за товщиною? 2 Які покриття позначають літерою Г ? 3 Як ділять електроди за типом покриття? 4 Як за ГОСТ 9466-75 позначають рутилове-целюлозне покриття? Тема уроку: Класифікація покритих електродів

Покриті електроди класифікують: за призначенням, за типом покриття, за механічними властивостями металу шва, за товщиною покриття, за допустимими просторовими положеннями зварювання, за родом струму й полярністю, а також за діаметром стрижня та іншими ознаками.

13

Розглянемо класифікацію за схемою умовного позначення електродів (рис. 6.3). Згідно ГОСТу 9466-75 умовне позначення електродів для зварювання і наплавлення є дріб, у чисельнику та знаменнику якого вказуються характеристики електрода.

Рис.6.3. Схема умовного позначення електродів:

1 - тип електрода; 2 - марка електрода; 3 – діаметр електрода; 4 – призначення електрода; 5 – товщина покриття; 6 – група за якістю; 7 – група індексів, які характеризують

метал шва; 8 – вид покриття; 9 – просторове положення зварювання; 10 – рід струму й полярність; 11 – стандарт, який визначає вимоги щодо електродів; 12 – стандарти, які

регламентують вимоги щодо даного типу електрода

Контрольні запитання та завдання

1. Як класифікують плавкі штучні електроди?

2. Які є види покриття електродів?

3. Яке призначення покриття електродів?

4. Що таке тип електрода?

5. Яке умовне позначення плавких штучних електродів?

6. Які електроди використовуються при зварюванні?

Тема уроку: Кисень та горючі гази для газового зварювання При газовому зварюванні для нагрівання присадного металу і кромок основного металу до

розплавленого стану використовується тепло газового полум'я, що одержується від згоряння різних

горючих газів в суміші з киснем.

Як горючий газ найбільше застосування має ацетилен, який при згорянні в кисні дає температуру

полум'я достатню для зварювання сталей і більшості інших відомих металів та їх сплавів.

Властивості ацетилену і його одержання

Ацетилен С2Н2 являє собою хімічну сполуку вуглецю з воднем. Хімічно чистий ацетилен безбарвний і

має слабкий ефірний запах. Технічний ацетилен забруднений різними домішками — сірководнем,

аміаком і іншими, які надають ацетилену різкого і неприємного запаху. При тиску вище 0,2 Мнім2 (1,75

ат) і одночасному нагріванні понад 500° С відбувається вибуховий розпад ацетилену за рівнянням

С2Н2 -> 2С + Н2.

При нагріванні ацетилену вище 150—180° С відбувається процес його полімеризації, що полягає в

утворенні нових сполук — бензолу С6Н6, стиролу С8Н8 і інших. Цей процес супроводиться виділенням

значної кількості тепла, що також при недостатньому його відведенні може призвести до вибуху

ацетилену.

Основним способом одержання ацетилену є розкладання карбіду кальцію водою за рівнянням

СаС2 + 2Н20 = С2Н2 + Са(ОН)2.

При розкладанні 1 кг хімічно чистого карбіду кальцію виділяється близько 340 л ацетилену і 1675 кдж

(400 ккал) тепла. З технічного карбіду кальцію, залежно від його сорту і грануляцій, вихід ацетилену

становить від 230 до 300 л/кг.

14

Карбід кальцію одержують в електродугових печах сплавленням коксу або антрациту з випаленим

вапняком:

СаО + ЗС = СаС2 + СО.

Розплавлений карбід виливають з печі в чавунні виливниці і після остигання подрібнюють на куски

розміром 2—120 мм. Транспортують карбід кальцію в герметично закритих барабанах вагою від 50 до

130 кг.

Гази замінники ацетилену.

При зварюванні металів можна застосовувати інші гази і пари рідин. Для ефективного нагрівання і

розплавлення металу при зварюванні необхідно щоб t o полум'я була приблизно у два рази

перевищувала t o плавлення сваріемого металу.

Для згоряння горючих різних газів потрібно різне кількість кисню подається в пальник.

Гази замінники ацетилену застосовують у багатьох галузях промисловості. Тому їхнє виробництво і

видобуток у великих масштабах і вони є дуже дешевими, в цьому їх основна перевага перед

ацетиленом.

Внаслідок більш низькою t o полум'я цих газів застосування їх обмежене деякими процесами

нагрівання і плавлення металів.

При зварюванні ж сталі з пропаном або метаном доводиться застосовувати зварний дріт містить

підвищену кількість кремнію і марганцю, використовуваних як розкислювачів, а при зварюванні чавуну

і кольорових металів використовувати флюси.

Гази - замінники з низькою теплопровідної здатністю неекономічно транспортувати в балонах. Це

обмежує їх застосування для газополум'яної обробки.

Таблиця.№4.3 Горючі гази для зварювання та різання.

Горючі гази Температура полум'я при згорянні в кисні Коефіцієнт заміни ацетилену

Ацетилен 3150 1,05

Водень 2400-2600 5,2

Метан 2400-2500 1,6

Пропан 2700-2800 0,6

Пари гасу 2400-2450 1-1,3

4.3. Кисень, його одержання, транспортування і зберігання Кисень у промислових масштабах одержують переважно з повітря. В повітрі є близько 21% кисню, 78%

азоту, 0,93% аргону, 0,03% вуглекислого газу і 0,0019% благородних газів.

Одержання кисню з повітря базується на принципі зрідження повітря при температурі мінус 194,5°С і

нормальному тиску і наступної ректифікації, тобто розділенні рідкого повітря на азот і кисень. Процес

ректифікації рідкого повітря оснований на різниці температур кипіння рідкого азоту (—196°С) і рідкого

кисню (—183°С). Одержаний таким способом в ректифікаційному апараті рідкий кисень у

теплообміннику перетворюється в газоподібний і потім надходить у газгольдер. Звідси кисневим

компресором його нагнітають у кисневі балони до тиску 15 Мн/м2 (150 ат).

5. Закріплення нового матеріалу:

5. 1. Роль горючого газу та кисню при утворенні газового полум’я ;

5.2 Чим заповнюють ацетиленові балони попередньо і для чого?

5.3. Назвіть основний метод отримання ацетилену;

5.5. Чому для утворення газового полум’я необхідно застосовувати кисень?

5.6 . Яку функцію виконує кисень?

5.7Які гази замінники ацетилену ви знаете?

6. Підведення підсумків уроку- визначення рівня засвоєння учнями теми

15

Тема уроку: Присадочний дріт для газового зварювання

У більшості випадків при газовій зварці застосовують присадні дріт близьку за своїм

хім. складу до зварюваного металу.

Не можна застосують для зварювання випадкову дріт невідомої марки.

Поверхня дроту повинна бути гладкою і чистою без слідів окалини, іржі, масла, фарби

й інших забруднень. Температура плавлення дроту повинна бути рівна або трохи нижче t

o плавлення металу.

Дріт повинна плавиться спокійно і рівномірно, без сильного розбризкування і

скипання, утворюючи при застиганні щільний однорідний метал без сторонніх включень

і інших дефектів.

Для газового зварювання кольорових металів (міді, латуні, свинцю), а так само

нержавіючої сталі в тих випадках, коли немає відповідної дроту, застосовують у вигляді

виключення полоски нарізаний з листів тієї ж марки, що і зварюємий метал.

Закріплення нового матеріалу:

1 За яким принципом обирають присадочний дріт до зварюваного металу?

2 Яка повинна бути температура плавління зварювального дроту ?

3Якім вимогам повинен задовольняти зварювальний дріт?

4 У випадках, коли немає відповідної дроту, як можна виправити ситуацію?

Лабораторно - практична робота ( 2 години )

Тема роботи: Перевірка покритих електродів на якість

Мета роботи: навчитися перевіряти покриті електроди на якість

розвинути вміння практичного застосовувати навичків при перевірці покритих

електродів на якість;

Тип уроку: урок практичного застосування знань, умінь і навичок.

Міжпредметний зв'язок: «Обладнання і технологія зварювальних робіт»,

Обладнання: Підручник І. В Гуменюк, О.Ф. Іваськів, О.В. Гуменюк « Технологія

електродугового зварювання». Розділ6 ; натуральні зразки покритих

електродів різних типів, марок , виробників , роздаточний матеріал .

Зміст роботи.

1. Організаційний момент;

2. Інструктаж з техніки безпеки при роботі з натуральними зразками та організації

праці на робочому місці;

3. Теоретична частина роботи:

3.1 Неправильне транспортування й зберігання електродів впливає на якість

зварних з'єднань, викликаючи появу в металі шва пop, тріщин та інших дефектів. Кожен зварник

повинен знати й виконувати правила зберігання і підготовки електродів до зварювання.

При транспортуванні й складанні електродів забороняється кидати пачки, скидати їх на кучу,

вкладати в стопи висотою більше 600 мм. Особливо чутливі до появи дефектів електроди з основним

видом покриття (міцність їх у 1,5-2 рази менша рутилового). Електроди складають за марками,

діаметром і партіями на стелажах. При цьому перевіряють етикетки та сертифікати на відповідність їх

вимогам стандартів і технічних умов. Електроди слід зберігати в сухих опалюваних приміщеннях при

температурі не нижче +10°С для електродів із рутиловим і кислим покриттям і не нижче +15°С для

електродів з основним видом покриття. Відносна вологість повинна бути не більше 60%.

16

3.2 Найвагомішими факторами, які можуть погіршувати якість електродів, є:

– механічні пошкодження покриття;

– насичення покриття атмосферною вологою;

– старіння покриття.

Унаслідок недбалого користування електродами їх покриття може зруйнуватися. Особливо

небезпечні відколи покриття на торці електрода, які в момент запалювання дуги викликають

утворення «стартової» пористості шва. У процесі зварювання пошкоджене покриття може

відокремлюватися від стрижня, чим погіршує горіння дуги, викликає утворення пop і шлакових

включень. Міцність покриття електродів зменшується при збільшенні їх діаметра і товщини

покриття. Електроди з механічним пошкодженням покриття основного виду на практиці

вибраковують, а інших видів використовують тільки для зварювання невідповідальних виробів.

3.3На якість шва значно впливає підвищений вміст вологи в покритті електродів. При

цьому зварювальні властивості електродів погіршуються, викликаючи появу тріщин і пop. Основним

джерелом вологи є:

- поглинання її з навколишнього середовища,

- залишки вологи після термообробки,

- і волога зв'язуючої речовини (рідкого скла).

Вміст вологи в покритті залежить від призначення електрода, виду покриття, термообробки і

становить від 0,1 до 2% (допустимий вміст вологи в покритті вказують на етикетці даної марки

електрода). Найчутливішими до поглинання вологи є електроди з основним видом покриття, а з

рутиловим, кислим і змішаним — менше чутливі (вміст вологи 0,5-0,9%). В електродах із

целюлозним покриттям вологість повинна становити 1,0-2,0%, а нижча може призвести до появи пop

і розбризкування металу.

3.4 Старіння електродів залежить від впливу вологи на покриття та стрижень і

проявляється в утворенні білого нальоту на поверхні покриття та корозії стрижня. Білий наліт є

результатом взаємодії лугів рідкого скла з вуглекислим газом повітря й утворенням карбонатів

натрію та калію. Наліт не впливає на зварювальні властивості електродів більшості марок, але

посилює поглинання вологи, зменшує механічну міцність покриття. Корозія стрижня (іржавіння)

знижує міцність покриття (викликає відшарування), сприяє утворенню пop. Тому низьководневі

електроди, покриті іржею, не використовують для зварювання.

Для зменшення поглинання вологи з навколишнього середовища електроди упаковують у двошаровий

папір, поліетиленові плівки, пластмасові або металеві пенали. Упаковка з полімерної плівки не

виключає можливість насичення покриття вологою. В неопалюваному приміщенні через різницю

температури в нічний і денний час можливе утворення конденсату на поверхні електродів. Для

уникнення конденсації застосовують вакуумування і заповнення упаковки сухим газом перед її

герметизацією.

Особливо відповідальною операцією з підготовки електродів до зварювання є просушування, яке

слід виконувати відповідно до режимів, указаних на етикетках. Просушують електроди в електропечах,

які підключають до вентиляції, а при її відсутності — відкривають двері печі, щоб забезпечити

видалення утвореної пари. Температуру просушування вище 400-420°С встановлювати не

рекомендується через можливість втрати механічної міцності покриття і порушення металургійних

характеристик електродів. Електроди можна просушувати не більше 3 разів.

На робочому місці зварник повинен захистити електроди від попадання води. Для цього

використовують металеві ящики, пенали. Електроди з покриттям основного виду рекомендується

тримати в термічних шафах при температурі 60-80°С.

У польових умовах електроди зберігають у контейнерах (термо-пеналах) при температурі 80-100°С

(незалежно від виду покриття). Для просушування електродів використовують сушильні шафи типу

СНО, ЗОС, СНОЛ та електротермічні печі СНОП, які застосовують у виробничих зварювальних

приміщеннях і в польових умовах. В якості нагрівальних елементів використовують ніхромовий дріт

або трубчасті електронагрівачі. Не рекомендується зберігати електроди там, де зберігається і

просушується робочий одяг.

17

Перед зварюванням перевіряють стан поверхні електродів: відсутність тріщин, здуття, напливів,

відколів, концентричність покриття, відсутність іржі на торцях. Застосування зварювальних матеріалів

без бирок й етикеток категорично забороняється.

Правильне зберігання та підготовка електродів до зварювання запобігають утворенню дефектів у

металі шва й гарантують високу якість зварних виробів.

3.5 Захисна оболонка покриття зварювальних електродів

Збереження якості зварювальних електродів після їх виготовлення є проблемою. Гігроскопічність,

забрудненість, пошкодження обмазки в процесі транспортування, зберігання й споживання не дозволяє

забезпечити високу якість зварного з'єднання.

Незахищеність від впливу навколишнього середовища (особливо при незадовільній упаковці),

спричинює втрату зварювальними електродами експлуатаційних характеристик. Волога проникає в

покриття і відповідно знижується стійкість горіння дуги й погіршується якість зварного шва.

Поверхневе забруднення сприяє насиченню шва газами, оксидами та іншими шкідливими домішками і є

причиною утворення nop. Волога утримується і при повторному просушуванні, через що шов

насичується воднем.

Для захисту покриття зварювальних електродів розроблено нову спеціальну захисну оболонку, яку

наносять на обмазку й контактні поверхні стрижня електрода. Це забезпечує необмежений термін їх

зберігання. Така оболонка складається з гліцерину, фталевого ангідриду, ксилолу, смоли К-421-02,

кальцинованої соди, сиккатива ИСК-1, крейди ММС-1 та інших компонентів, які забезпечують захист

поверхні обмазки і не перешкоджають нормальному горінню дуги. При цьому міцність покриття

становить 200%. Тривалі випробування на збереженість покриття із захисною оболонкою від вологи

(витримка у воді протягом двох і чотирьох тижнів) указують на відсутність змін вологості покриття

електрода.

4.Практична частина роботи:

4.1 За запропонованими зразками електродів провести перевірку покритих

електродів на якість, а саме :

4.1.1перевірити етикетки та сертифікати на відповідність їх вимогам стандартів і технічних умов;

4.1.2перевірити електроди на наявність дефектів, що могли виникнути під час

транспортування й складання ;

4.1.3. перевірити електроди на наявність дефектів, що могли виникнути

З причини підвищеного вмісту вологи в покритті електродів;

4.1.4. перевірити електроди на старіння;

4.1.5Які ззаходи треба було вжити для запобігання виникненню дефектів та погіршення якості електродів? 2 Зробити висновок.

5 Підведення підсумків роботи;

Домашнє завдання: ( записується на дошці) Підручник І. В Гуменюк, О.Ф. Іваськів,

О.В. Гуменюк « Технологія електродугового зварювання». Розділ6

Тема уроку: Перспективні зварювальні матеріали

План

1 Тугоплавкі сполуки (бориди, карбіди ) у вигляді поверхневих шарів;

2 Порошкова металургія нового покоління електроерозійностійких, антифрикційних і

фрикційних композиційних матеріалів;

3 Матеріали для з'єднання високоміцних низьколегованих, легованих та високолегованих

сталей і сплавів на основі алюмінію та титану;

18

Закріплення нового матеріалу:

1 Яка необхідність застосування новітніх технологій в розробці перспективних

зварювальних матеріалів?

2 З якими перспективними зварювальними матеріалами ви ознайомилися?

Тема уроку: Закріплення знань по темам першого модуля ( 2 розряд )

Варіативні завдання для самостійної роботи:

Варіант 1 1. Назвіть фізичні властивості металів, та визначте, які з них суттєво впливають на зварюємість.

2. Яку сталь називають вуглецевою та як її класифікують за вмістом вуглецю?

3. Призначення та класифікація присадочного дроту для зварювання.

4. Поясніть маркування сталі: 45ХН3МФА

Варіант 2

1. Назвіть технологічні властивості металів, та визначте, які з них суттєво впливають на

зварюємість.

2. Яку сталь називають легованою та як її класифікують за вмістом легуючих компонентів?

3. Призначення та класифікація електродного покриття.

4. Поясніть маркування сталі: 17Х18Н9Т

Другий модуль Тема № 1 Кристалізація металу шва

Тема уроку: Кристалічні та аморфні тіла Структура твердих тіл багатообразна. Проте їх можна розділити на два великі класи: кристали і аморфні тіла. Кристали - це тверді тіла, атоми або молекули яких займають певні, впорядковані положення в просторі. Тому кристали мають плоскі грані. Наприклад крупинка звичайної куховарської солі має плоскі грані; ТВЕРДІ ТІЛА :

- КРИСТАЛІЧНІ

- АМОРФНІ

4.2 Кристалічний стан характеризуєтьсяхасянаявністю чітко виділених

природниххграней, що утворять між собою певні кути.ути.Прикладами речовин у

кристалічному стані іможуть служити сіль,цукровий пісок,сода;можутьслужитисіль,цукровийпісок,содайін.

Рис.№ 5.1 Приклади кристалічних тіл

19

Рис№5.2 Сталактити й сталагміти в печері Еміне – Баір – Хасар ( Крим )

4.3 Не всі тверді тіла - кристали. Існує безліч аморфних тіл ( бавовна, натуральний шовк , каучук, полімери). Чим вони відрізняються від кристалів? У аморфних тіл немає строгого порядку в розташуванні атомів. Тільки найближчі атоми - сусіди располагаются в деякому порядку. Але строгою направленості по всім напрямкам одного і того ж елементу структури, яка характерна для кристалів в аморфних тілах, немає. Часто одна і та ж речовина може знаходитися як в кристаллическом, так і в аморфному стані. Наприклад, кварц SiO2, може бути як в кристаллической, так і в аморфній формі (кремнезем). Кристалічну форму кварцу схематично можна представити у вигляді правильных шестикутників. Аморфна структура кварца також має такий вид, але неправильної форми. Разом з шестикутниками в ній зустрічаються п'яти і семикутники. У 1959 р. англійський фізик Д. Бернал провів цікаві досліди: він узяв багато маленьких пластилінових кульок однакового розміру, обваляв їх в крейдяній пудрі і спресував у великий ком. В результаті кульки деформувалися в многогранники. Виявилось, що при цьому утворювалися переважно п'ятикутні грані, а многогранники в середньому мали 13,3 граней. Отже якийсь порядок в аморфних речовинах безумовно є. Властивості аморфних тіл

20 Всі аморфні тіла ізотропні, тобто їх фізичні властивості однакові по всіх напрямах. До аморфних тіл відносяться скло, смола, каніфоль, цукровий льодяник і ін.

4.4 Можлтвість знаходження речовини як в кристалічному , так і в аморфному станах

Рис.№5.3 Одна і таж речовина може знаходитися в кристалічному та аморфному станах:

Закріплення нового матеріалу:

1 Як поділяють тверді тіла?

2 Як характеризується кристалічний стан? Наведіть приклади кристалічних тіл?

3 Назвіть аморфні тіла, чим вони відрізняються від кристалічних?

4 Які властивості аморфних тіл ви знаєте?

Тема уроку: Схема процесу кристалізації Процес кристалізації складається з двох послідовних стадій: утворення зародків кристалів і ріст кристалів. Утворення зародків кристалів відбувається в пересичених розчинах. Початок і швидкість утворення зародків у розчині залежить від ступеня пересичення, природи розчиненої речовини і розчинника, наявності нерозчинної твердої фази, дії електричного поля й інших чинників. Схема №5.1 Модель процесса кристаллизации

4.2 Аморфні тіла характеризуються хаотичним розташуванням атомів, тому, зберігаючи постійну

форму, вони не мають певних (критичних)температур плавлення та кристалізації. Залежно від зовнішніх умов їхні властивості змінюються поступово. Аморфний стан металів реалізується за умов інтенсивного охолодження під час кристалізації.

4.3 Кристалізація металу шва: Кристалізацією називається процес утворення твердих частинок (зерен) із розплавленого метату під час його переходу з рідкого стану у твердий. Зварна ванна поділяється на дві частини: передню (головну) і хвостову. В передній частині проходить плавлення металу, а в хвостовій — кристалізація (формування шва). Розрізняють первинну і вторинну кристалізацію. Первинною кристалізацією називається перехід металу з рідкого стану у твердий. При цьому утворюються кристаліти (зерна). Первинна кристалізація проходить при високих швидкостях

21

охолодження окремими тонкими шарами. Після утворення першого шару відбувається затримка в охолодженні через виділення прихованої теплоти. Потім кристалізується другий шар і т. д. до нового затвердіння зварної ванни Товщина шарів становить від десятих часток міліметра до декількох міліметрів. Початком кристалізації є неповністю оплавлені зерна на кромках основного металу.

Короткотривалість процесу зварювання призводить до того, що хімічні реакції між розплавленим металом і шлаком не завершуються. Швидка кристалізація вливає на структуру й механічні властивості металу шва. Час від початку розплавлення до застигання зварної ванни становить декілька секунд. За секунду метал охолоджується від 5 до 15°С.

Закріплення нового матеріалу:

1. З яких стадій складається процес кристалізації?

2.Від чого залежить початок і швидкість утворення зародків у розчині?

3.ЩО називають процесом кристалізації металу шва?

4. На які частини поділяється зварна ванна при кристалізації?

5. Що утворюється при первинній кристалізації?

Тема №2 Випробування металу

Тема уроку: Випробування металу на твердість

Випробовування на твердість:

Твердість — це опір матеріалу проникненню в нього іншого, твердішого тіла. З

усіх видів механічного випробування визначення твердості є найпоширенішим.

Таблиця№ 6.1 Види випробування металу на твердість

Закріплення нового матеріалу:

1.Що називають твердістю?

22

2.Які методи випробування на твердість ви знаєте?

3.Поясніть за схемою сутність випробування на твердість :

5.1.1 за методом Брінелля;

5.3.2 за методом Роквелла;

5.3.3 за методом Віккерса.

Тема уроку: Випробовування металу на ударну в*язкість

1 Випробовування на ударну в'язкість.

Для випробовування на удар виготовляють спеціальні зразки з надрізом, які потім руйнують на маятниковому копрі

(рис. 1.). Загальний запас енергії маятника витрачатиметься на руйнування зразка і на підйом маятника після його

руйнування. Тому якщо із загального запасу енергії маятника вилучити частину, яка припадає на підйом (зліт) після

руйнування зразка, дістанемо роботу руйнування зразка:

K = Р(h1 – h2)

або

K = Рl(соs β – соs α), Дж (кг·м),

де P — маса маятника, Н (кг); h1 — висота підйому центра маси маятника до удару, м; h2 — висота зльоту маятника після

удару, м; l — довжина маятника, м; α, β — кути підйому маятника відповідно до руйнування зразка і після нього.

Рис. 6.2 Випробовування на ударну в'язкість:

1 — маятник; 2 — ніж маятника; 3 — опори

Ударну в'язкість, тобто роботу, витрачену на руйнування зразка і віднесену до поперечного перерізу зразка у місці

надрізу, визначають за формулою:

, МДж/м2 (кг·м/см

2),

де F — площа поперечного перерізу в місці надрізу зразка, м2 (см

2).

Для визначення KС користуються спеціальними таблицями, в яких для кожного кута β зазначена величина роботи удару

K. При цьому F = 0,8 · 10-4м

2.

23 Для позначення ударної в'язкості додають і третю букву, що вказує на вид надрізу на зразку: U, V, Т. Запис KСU означає

ударну в'язкість зразка з U-подібним надрізом, KСV — з V-подібним надрізом, а KСТ — із тріщиною (рис. 2).

Рис.6.3 Види надрізів на зразках для випробування на ударну в'язкість:

а — U-подібний надріз (KCU); б — V-подібний надріз (KСV); в — надріз із тріщиною (KСТ)

Закріплення нового матеріалу:

1 Яке значення має ударна в*язкість для зварного шва?

2 Які види надрізів для випробовування на удар застосовують на спеціальних

зразках?

3 Яке спеціальне обладнання використовують для випробовування на ударну

в*язкість?

4 Поясніть за малюнком сутність випробовування на ударну в*язкість.

Тема № 3 ( другий модуль) Чорні і кольорові метали та їх сплави

Тема уроку: Леговані сталі Леговані сталі крім постійних елементів містять спеціально введені для одержання

необхідних властивостей легуючі елементи. Залежно від вмісту легуючих елементів сталі поділяють на:

– низьколеговані (до 3%); – середньолеговані (від 3 до 10%); – високолеговані (більше 10%). Головна мета легування переважної більшості сталей — підвищення міцності за рахунок розчинення

легуючих елементів у фериті та аустеніті, утворення карбідів та збільшення прогартовуваності.

Леговані сталі позначають цифрами, які вказують вміст вуглецю в сотих частках процента і буквами, що вказують легуючі елементи. Цифри після букв указують середній вміст елемента у відсотках. Якщо вміст елемента менше 1%, то цифри за буквою не ставлять. Буква А в кінці марки означає, що сталь високоякісна, а буква Ш — особливо високоякісна і вміст шкідливих домішок (сірки і фосфору) мінімальний. Наприклад, марка сталі 08Х13-Ш розшифровується так: вміст вуглецю 0,08%, хрому — 13%, Ш — особливо високоякісна.

Закріплення нового матеріалу:

1. Які сталі називають легованими?

2 Як класифікують леговані сталі за вмістом вуглецю?

3 Яка головна мета легування ?

4 Який легуючий елемент здатний підвищити ударну в’язкість ?

5 Визначити склад легованої сталі за мвркуванням: 35Х2ГСА

Тема уроку: Кольорові метали

Кольоро́ві мета́ли — це промислова назва всіх металів, крім заліза. Властивості кольорових металів

визначаються особливістю їхньої атомної будови. Установлена чітко виражена періодична

залежність багатьох властивостей елементів від їхнього атомного номера.

Легкі та важкі метали

24

Кольорові метали і сплави умовно підрозділяють на легкі і важкі. До легких відносяться метали, у яких

густина не перевищує 5 г/см³: магній, берилій, алюміній, титан і ін. (найлегший метал — літій —

0,536 г/см³). До важких відносять метали, у яких щільність перевищує 5 г/см³. Найважчими

елементами є осмій (22,48 г/см³), іридій (22,46 г/см³),золото і вольфрам (19,3 г/см³).

Класифікація за температурою плавлення

Кольорові метали підрозділяють також за температурою плавлення. Легкоплавкі мають Тпл. до 600 °C

(цинк, свинець,кадмій, вісмут, олово й ін.). Середню Тпл. (600 — 1600 °C) має мідь. Тугоплавкими

вважаються метали, що плавляться при температурах вище 1 600 °C — титан, хром, ванадій, цирконій і

ін.

Міцнісні характеристики

Серед кольорових металів є маломіцні, з межею міцності при розтягу σв < 50 МПа (олово, свинець,

бісмут, кадмій). Практично всі метали, що є основою сучасних конструкційних

сплавів (алюміній, магній, мідь, цинк, нікель і інші) мають σв до 500 МПа.

За пластичності кольорові метали підрозділяють на пластичні з відносним подовженням, δ, більше

3 — 5% і крихкі. Більше кольорових металів є пластичними. До крихких металів

відносяться бісмут, стибій, марганець. Пластичність металів сильно залежить від концентрації в них

природних домішок. Чим чистіше метал, тим він більш пластичий.

Електропровідність

Більшість кольорових металів мають високу електропровідність (срібло, мідь, золото, алюміній).

Корозійностійкість

Корозійностійкими є золото, хром, ніобій, тантал, свинець. Кольорові метали є дорогими.

Часто з кольорових металів умовно виділяють такі групи:

легкі метали: алюміній, титан і магній;

важкі метали: мідь, цинк, нікель, олово і свинець, застосовуються в машинобудуванні;

дорогоцінні метали: золото, срібло і платина, використовуються переважно в ювелірній

промисловості;

лужні метали: калій, натрій і літій

лужноземельні метали: кальцій, барій і стронцій, застосовуються в хімії.

рідкісні важкі метали: кадмій, вольфрам, молібден, манган, кобальт, ванадій, бісмут,

використовуються в сплавах з важкими металами.

Закріплення нового матеріалу:

1. Що розуміють під поняттям «кольорові метали»?

2. За якими ознаками кольорові метали ділять на важкі і легкі?

3. Класифікація кольорових металів за за температурою плавлення

4. Міцнісні характеристики кольорових металів ?

5. Зварюємість кольорових металів.

Тема уроку: Сплави кольорових металів У промисловості використовують сплави міді з цинком, оловом, алюмінієм, берилієм, нікелем, марганцем, свинцем. Добавка до міді вказаних компонентів підвищує її механічні, технологічні і антифрикційні властивості. Латуні. Латуні є прості та спеціальні. Прості латуні - це сплав міді з цинком. Спеціальні - це сплав міді з цинком та

25 іншими компонентами. Вміст цинку в латунях не перевищує 43 %, так як більший вміст цинку приводить до зменшення міцності і підвищення крихкості латуні. Прості латуні маркуються, наприклад, Л62 (вона містить 62 % міді і решта - цинк). Спеціальні латуні маркуються, наприклад, ЛМЖ 55-3-1 (вона містить 55 % Си, 3 % Мn, 1 % Fе, решта - цинк/. Латуні використовують для виготовлення труб, прутків, дроту, фольги, втулок, підшипників, шестерень і арматури; Бронза - це сплав міді з будь-яким компонентом, навіть у бронзах може бути присутній у невеликих кількостях цинк, який суттєво не впливе на властивості останньої. Найважливішими бронзами є олов'янисті, алюмінієві, кремнієві, нікелеві, берилієві, хромисті, фосфористі. Олов'янисті і свинцеві бронзи мають високі антифрикційні властивості і використовуються як підшипники ковзання. Алюміній у бронзах підвищує міцність і вони використовуються для виготовлення різних деталей і конструкцій. Берилій підвищує у бронзах пружність, тому берилієві бронзи використовуються для виготовлення різних пружин. Фосфор у бронзах підвищує рідинотекучість. Фосфористі бронзи використовують для різних відливок. Хромисті бронзи використовують у зварювальному виробництві.

Бронзи маркуються таким чином: Бр.ОЦС 6-6-3 (у ній міститься 6 % Sn,6 % Zn, 3 % Pb , решта – мідь) ; Розділяють ливарні і деформовані алюмінієві сплави. Ливарні алюмінієві сплави - це найчастіше сплави, які містять кремній, мідь і магній. Силуміни - це сплави алюмінію з кремнієм (від 6 до 13%). Вони маркуються АЛ2, АЛ9 і т.д. (букви свідчать, що це силумін, а цифри - порядковий номер). Силуміни використовують для виготовлення корпусів приладів, кронштейнів, фланців, картерів, поршнів тощо. Алюмінієві сплави, що обробляються тиском (деформовані - дюралюмінії). Дюралюміній - це сплав алюмінію з міддю, магнієм і марганцем. Дюралюміній маркується так: Д1, Д16 (Д - вказує, що це дюралюміній, а цифра - порядковий номер). Наприклад, Д16 містить 3,8-4,9 % Си, 1,2-1,8 % Mg і 0,3-0,9 % Мп. Сплави дюралюмінію широко використовуються в авіаційній і ракетній промисловості. На механічні властивості дюралюмінію інтенсивно впливає термічна обробка. У результаті загартування і старіння механічні властивості дюралюмінію підвищуються до показників середньовуглецевої сталі. Слід відмітити, що в даний час розроблено багато інших алюмінієвих сплавів, які використовуються у сучасних галузях промисловості. Сплави на основі магнію. Із сплавів на основі магнію поширення у техніці набули його сплави з марганцем, алюмінієм і цинком. Для підвищення механічних властивостей магнієвих сплавів добавляють цирконій, церій, неодим, торій та ін. Крім цього, магнієві сплави зміцнюють загартуванням і дисперсним твердінням. Сплави магнію використовують для виготовлення різних деталей літаків, вагонів, автомобілів тощо. Магнієві сплави маркуються, наприклад, МА8 (1,3-2,2 % Мп, 0,15-0,35 % Zn), тобто МА - свідчить, що це магнієвий сплав, а цифра - порядковий номер. Сплави на основі титану. У промисловості використовують титанові сплави, які містять у собі: алюміній, олово, марганець, молібден, хром, ванадій, залізо. Механічні властивості титанових сплавів можна покращити шляхом загартування і старіння. Титанові сплави маркують, наприклад, ВТ16 (2,5% Al, 7,5% Мо), де ВТ вказує, що це є титановий сплав, а число - порядковий номер. Титанові сплави знайшли широке застосування у реактивних авіаційних двигунах, обшивці надзвукових літаків, суднобудуванні, ракетобудуванні тощо.

Закріплення нового матеріалу:

1 Які бувають латуні?

2 Який сплав називають бронзою? Які бувають бронзи?

3 Як розділяють алюмінієві сплави?

4 Для чого використовують сплави на основі магнію?

5 Яким шляхом можна покращіти механічні властивості титанових сплавів?

Тема уроку: Термічна обробка залізовуглецевих сплавів

26

Діаграма стану "залізо - вуглець".

Діаграма стану залізо-вуглець є фундаментом науки про сталь і чавун (сплав заліза з

вуглецем). Вуглець із залізом утворюють хімічну сполуку (цементит) або може

перебувати у сплаві у вільному стані у вигляді графіту.к

Схема № 7.1 Діаграма стану залізо-вуглець

Розглянемо характерні лінії і точки на діаграмі : Характерні лінії: АСД - ліквідус; АЕСF - солідус. Вище лінії АСД сплави системи перебувають у рідкому стані. По лінії АС з рідкого розчину починають випадати кристали твердого розчину вуглецю в g - залізі, який називається аустенітом, отже, в області АСЕ буде суміш двох фаз - рідкого розчину і аустеніту; по лінії СД з рідкого розчину починають випадати кристали цементиту; в області СЕF міститься суміш двох фаз - рідкого розчину і цементиту. Перетворення у твердому стані (вторинна кристалізація) проходить по лініях GSE, PSK і GPQ . Перетворення у твердому стані відбуваються внаслідок переходу заліза з однієї модифікації в іншу, а також у зв'язку із зміною розчинності вуглецю в залізі. В області діаграми AGSE міститься аустеніт. При охолодженні сплавів аустеніт розпадеться з виділенням по лінії GS фериту (твердий розчин вуглецю в a - залізі), а по лінії SE - цементиту (хімічна сполука Fe3C). Цементит, що випадає з твердого розчину, називається вторинним, на відміну від первинного, який випадає з рідкого розчину. В області діаграми GSP міститься суміш двох фаз - фериту і аустеніту, а в області SЕЕ1 - суміш вторинного цементиту і аустеніту. По лінії PSK відбувається розпад аустеніту з утворенням перліту. Характерні точки. У точці С при вмісті 4,3 % вуглецю і температурі 1420 0К відбувається одночасно кристалізація аустеніту і цементиту і утворюється їх тонка механічна суміш евтектика, яка називається ледебуритом. Точку С називають евтектичною точкою. Ледебурит є у всіх сплавах, які містять від 2,14 до 6,67 % вуглецю. Такі сплави є чавунами. Точка Е відповідає граничному насиченню заліза вуглецем (2,14 %). Сплави, які лежать ліворуч від цієї точки, належать до сталей. У точці S при вмісті 0,8 % вуглецю і температурі 1000 0К аустеніт розпадеться і кристалізується тонка механічна

27 суміш фериту та цементиту вторинного - евтектоїд, який називається перлітом. Провівши аналіз перетворень на діаграмі стану Fe-Fe3C, можна зробити висновок про структуру сталей та чавунів у нормальних умовах. Сталі із вмістом вуглецю від 0,0 до 0,8 % мають структуру ферит + перліт; із вмістом 0,8 % вуглецю - чистий перліт; із вмістом від 0,8 до 2,14 % вуглецю - перліт + цементит вторинний. Чавуни із вмістом від 2,14 до 4,3 % вуглецю мають структуру перліт + цементит вторинний + ледебурит; із вмістом 4,3 % вуглецю - чистий ледебурит; із вмістом вуглецю від 4,3 до 6,67 % - цементит первинний і ледебурит. Слід відмітити, що у залежності від умов виплавляння та термічної обробки, сталі і чавуни можуть змінювати свою структуру. У сірих, ковких та високоміцних чавунах є така фаза, як графіт у різних модифікаціях. Основи теорії термічної обробки сталі. Термічна обробка полягає у зміні структури металів і сплавів при нагріванні, видержуванні та охолодженні, згідно спеціального режиму, і тим самим, у зміні властивостей останніх. В основі термічної обробки сталей лежить перекристалізація аустеніту при охолодженні. Перекристалізація може відбутися дифузійним або бездифузійним способами. У залежності від переохолодження аустеніт може перетворюватися у різні структури з різними властивостями. 4.3 Види термічної обробки. Розрізняють такі види термічної обробки: відпал, нормалізація, загартування і відпуск. Відпал. Відпалом називають нагрівання до високих температур, видержування і повільне охолодження разом з піччю. Розрізняють такі види відпалу: рекристалізаційний, дифузійний, на зернистий перліт, ізотермічний , повний і неповний. Відпал підвищує пластичність, зменшує внутрішні напруження, понижує твердість сталей. Нормалізація. Нормалізацією називають нагрівання до високої температури, видержування і повільне охолодження на повітрі. Нормалізація доводить сталь до дрібнозернистої та однорідної структури. Твердість і міцність сталі після нормалізації вищі, ніж після відпалу. Загартування сталі. Загартуванням називають нагрівання до високої температури, видержування і швидке охолодження (у воді, мінеральній оливі та інших охолоджувачах). Є такі види загартування: в одному охолоджувачі; перервне; ступінчасте; ізотермічне; поверхневе та ін. Загартування сталей забезпечує підвищення твердості, виникнення внутрішніх напружень і зменшення пластичності. Твердість збільшується у зв'язку з виникненням таких структур: сорбіт, троостит, мартенсит. Практично загартуванню піддається середньо- і високовуглецеві сталі. Відпуск сталі. Відпуском називають нагрівання до температур нижче 973 0К, видержування і повільне охолодження на повітрі. Розрізняють три види відпуску: низький (нагрівання до температури 473 0К; середній (573-773 0К); високий (773-973 0К). Після відпуску в деякій мірі зменшується твердість і внутрішні напруження, збільшується пластичність і в'язкість сталей. До цього приводить зміна структур після відпуску. Структура мартенситу сталі переходить відповідно в структуру трооститу і сорбіту. Чим вища температура відпуску, тим менша твердість відпущеної сталі і тим більша її пластичність та в'язкість. Відпуск, в основному, проводять після загартування для зняття внутрішніх напружень. Низький відпуск застосовують при виготовленні різального інструменту, вимірювального інструменту, цементованих деталей та ін; середній - при виробництві ковальських штампів, пружин, ресор; високий - для багатьох деталей, що зазнають дії високих напружень (осі автомобілів, шатуни і т.п.).

Закріплення нового матеріалу:

1 Яку хімічну сполуку утворюють вуглець із залізом?

2 Яку лінію в діаграмі стану залізо-вуглець називають ліквідус?

28

3 Яка мета термічної обробки?

4 Які види термічної обробки ви знаєте?

5 Поясніть процес загартування сталі.

6. Підведення підсумків уроку- визначення рівня засвоєння учнями теми

Н.Н.Остапенко, Н.Н. Кропивницький « Технологія металів» Розділ 4, п. 32--33

Тема уроку: Закріплення знань по продмету: «Матеріалознавство»

Питання для перевірки знань:

1 варіант

1. Який чавун використовується в якості конструкційного матеріалу?

2. Поясніть мету і суть випробування металу на ударну в’язкість? Яке значення мають ці

випробування для зварного шву?

3. Що називають кристалізацією?

4. Властивості міді та труднощі при її зварюванні.

5. Вчому полягає термічна обробка сталі?

2 варіант

1. Які матеріали використовують для виплавки чавуну?

2. Поясніть поняття: «первинна кристалізація».

3. Назвіть методи випробування металу на твердість; яке значення мають ці

випробування для зварного шву?

4. Властивості алюмінію та труднощі при його зварюванні.

5. Назвіть і коротко охарактеризуйте види термічної обробки.

Рекомендована література:

Н.Н.Остапенко, Н.Н. Кропивницький « Технологія металів» ;

І. В. Гуменюк , О.Ф. Іваськів , О.В. Гуменюк Технологія електродугового зварювання

29

ІНТЕРНЕТ-ПОСИЛАННЯ

http://univer.nuczu.edu.ua/tmp_metod/924/MZTM_KONSP_LEK.pdf

https://www.gurt.org.ua/uploads/news/files/2016-

8/%D0%9C%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D1%96%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D0%B7%D

0%BD%D0%B0%D0%B2%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE-min.pdf