Применение современных материалов в машиностроении - файл n1.doc

Применение современных материалов в машиностроении
Скачать все файлы (1514.5 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.doc1515kb.31.03.2014 06:39скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9
В работе рассмотрены составы и свойства современных отечественных и зарубежных инструментальных материалов, технологические рекомендации по их эффективному выбору и применению. Рассмотрены современные методы упрочнения и повышения износостойкости лезвийного режущего инструмента.

Также рассмотрены конструкционные и функциональные материалы, используемые в современном машиностроении при изготовлении различных деталей механизмов и машин.

Описаны особенности применения современных сталей, сплавов, полимерных, порошковых, керамических, композиционных и наноструктурных материалов, проблемы и перспективы их развития.

Дана краткая характеристика нанотехнологий, их примененение в машиностроении и перспективные направления развития.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
РАЗДЕЛ I
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Глава 1 Инструментальные стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.1 Углеродистые стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.2 Легированные стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.3 Быстрорежущие стали. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.3.1 Легирование и свойства быстрорежущих сталей . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.3.2 Марки быстрорежущих сталей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.3.3 Быстрорежущие стали, полученные методом

порошковой металлургии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.3.4 Дисперсионно - твердеющие быстрорежущие сплавы . . . . . . . . . . . . . 18
Глава 2 Твердые сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.1 Металлокерамические твердые сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.2 Особомелкозернистые твердые сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.3 Свойства металлокерамических твердых сплавов

и области их применения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.4 Зарубежные твердые сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.5 Безвольфрамовые твердые сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.6 Повышение эффективности использования

вольфрамосодержащих материалов в режущем инструменте . . . . . . . . . . . . . 25
Глава 3 Минералокерамический режущий инструмент . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.1 Марки и свойства керметов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.2 Инструмент на основе ультрадисперсного диоксида циркония . . . . . . . . . . . . 28
Глава 4 Сверхтвердые материалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.1 Природные и искусственные материалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.2 Поликрасталлические сверхтвердые материалы на основе углерода . . . . . . . . . 29

4.3 Основные конструкции инструмента из поликристаллического алмаза. . . . . . . . 30

4.4 Поликрасталлические сверхтвердые материалы на основе нитрида бора. . . . . . . 31

4.5 Новые композиционные инструментальные материалы

на основе кубического нитрида бора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.6 Поликристаллические модификации нитрида бора,

выпускаемые за рубежом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.7 Общие рекомендации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Глава 5 Абразивные материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

5.1 Марки и свойства абразивных материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5.2 Области применения кругов из различных материалов . . . . . . . . . . . . . . . . 38

5.3 АЭРОБОР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Глава 6 Повышение износостойкости режущего инструмента. . . . . . . . . . . . 39

6.1 Внедрение упрочнения инструмента на предприятиях машиностроения . . . . . . . 40

6.2 Краткая характеристика методов упрочнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40


РАЗДЕЛ II
КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Глава 7 Металлические сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

7.1 Традиционые металлические сплавы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

7.1.1 Чугуны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

7.1.2 Стали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

7.1.3 Алюминиевые сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

7.1.4 Медные сплавы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

7.1.5 Титановые сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

7.1.6 Магниевые сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

7.1.7 Никелевые сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

7.2 Металлы и сплавы с особыми свойствами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

7.2.1 Сплавы с особыми тепловыми и упругими свойствами. . . . . . . . . . . . . 52

7.2.2 Металлы с паматью формы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

7.2.3 Радиационно стойкие материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

7.2.4 Аморфные металлические сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

7.2.5 Сверхпроводящие материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

7.2.6 Материалы со специальными магнитными свойствами . . . . . . . . . . . . 55

7.3 Новые высокопрочные и сверхпрочные материалы на основа железа. . . . . . . . . 55
Глава 8 Керамические и композиционные материалы . . . . . . . . . . . . . . . . 56

8.1 Керамические материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

8.2 Композиционные материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

8.2.1 Состав и свойства композиционных материалов . . . . . . . . . . . . . . . . 60

8.2.2 Дисперсно-упрочненные композиционные материалы . . . . . . . . . . . . . 61

8.2.3 Волокнистые композиционные материалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

8.2.4 Слоистые композиционные материалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Глава 9 Функциональные порошковые материалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

9.1 Особенности технологии порошковых материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

9.2 Конструкционные порошковые материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

9.3 Антифрикционные порошковые материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

9.4 Фрикционные порошковые материалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

9.5 Пористые фильтрующие элементы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Глава 10 Полимерные материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

10.1 Классификация и свойства полимеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

10.2 Пластические массы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

10.2.1 Состав и свойства пластических масс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

10.2.2 Термопластичные массы (термопласты) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

10.2.3 Термореакивные массы (реактопласты) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

10.3 Резины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

10.4 Клеящие материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Глава 11 Многофункциональные покрытия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

11.1 Виды покрытий и способы их нанесения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

11.2 Металлические покрытия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

11.3 Неметаллические покрытия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
РАЗДЕЛ III
НАНОСТРУКТУРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Глава 12 Понятие и развитие нанотехнологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

12.1 Понятие нанотехнологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

12.2 Нанотехнология как научно-техническое направление . . . . . . . . . . . . . . . . 86

12.3 Современный уровень развития нанотехнологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Глава 13 Использование нанотехнологий в машиностроении . . . . . . . . . . . . 89

13.1 Значение применения нанотехнологий для машиностроения . . . . . . . . . . . . . 89

13.2 Технологические особенности применения

нанотехнологий в машиностроении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

13.3 Проблемы и перспективы развития нанотехнологий в машиностроении . . . . . . 93
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

ВВЕДЕНИЕ
Общий прогресс в машиностроении и металлообработке тесно связан с развитием конструкции режущего инструмента и совершенствованием инструментального материала.

В качестве основных свойств инструментальных материалов указываются следующие: низкая интенсивность износа, высокая стойкость при одновременном обеспечении качества, стабильность износа (низкая вариация стойкости).

Перечисленные свойства инструментальных материалов часто являются взаимоисключающими. Поэтому создание инструментального материала, обладающего идеальным комплексом указанных свойств в объеме однородного тела, в настоящее время пока не представляется возможным.

В настоящее время широко применяются кобальтовые и ванадиевые быстрорежущие стали марок Р9Ф5, Р18Ф2, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5 и другие при обработке труднообрабатываемых материалов.

За последнее время ряд лабораторий в нашей стране и за рубежом проводили работу по совершенствованию существующих и изысканию новых материалов для изготовления инструментов. Исследования проводились во всех основных группах современных инструментальных материалов (рис. 1):


  1. в области быстрорежущих и других инструментальных сталей;

  2. в области спекаемых твердых сплавов;

  3. в области дисперсионно-твердеющих сплавов на базе Сr и Со;

  4. в области минералокерамики;

  5. в области сверхтвердых материалов (СТМ).


Рис. 1 Развитие инструментальных материалов




Применение новых инструментальных материалов дало возможность повысить скорость обработки. Так, например, за последние сто лет скорость резания увеличилась примерно в 10 раз, при этом время обработки уменьшилось в 50 раз (рис. 2).

Рис. 2 Соотношение изменения скорости резания

и производительности процесса при обработке сталей и сплавов
Однако большинство известных на сегодняшний день инструментальных материалов обладает только частичным набором указанных выше свойств, что делает область их рационального применения весьма ограниченной.

На рис. 3 представлена классификация существующих инструментальных материалов по их прочности и твердости.

Основные свойства отечественных инструментальных материа­лов приведены в табл.1.


Рис. 3 Классификация существующих инструментальных материалов
Таблица 1

Механические, физические и режущие свойства

инструментальных материалов (средние значения)

Марка
мате-
риала

Механические
свойства

Ударная вязкость
в Нм/см2

Физические
свойства

Режущие свойства

твердость,
HRA

предел
прочности
в Н/мм2

теплопроводность
в м х град

плотность
в кг/м3 X 103

теплостойкость

в °С

относитель-
ная величина
скорости
резания

изгиб

сжа-
тие

сталь

чугун

Инструментальная углеродистая сталь

У12А

80

3140

3920



63

7,8

220

0,5

0,5

Инструментальная легированная сталь

9ХС
ХВГ

80

3140

3920



41,8

7,7

220

0,6

0,6

Быстрорежущая сталь

Р18

82

3620

3720

8,72

21

8,7

600

1,0

1,0

Вольфрамовые твердые сплавы

ВК8
ВК6

87,5
88,5

1370
1240

4900

5,88
5,88

58,7
63

14,6
14,8

850
900



2,9
3,4

Титано-вольфрамовые твердые сплавы

Т5К5
Т14К8
Т15К6
Т30К4

88,5
89,5
90
92

1174
1174
1126
882

2940
3920

2,94
2,45

33,5
29,3
29,3
21

12,7
11,7
11,3
9,6

900
900
950
1000

3,0
3,5
4,5
5,5



Минералокерамика

ЦМ-322

92

294-
392

3430

0,784

16,7

3,9

1200

5,8

5,8

КНБ

Эльбор
Гексанит

98
98

1500
н/д

н/д
н/д

н/д
н/д

н/д
н/д

3,5
3,3

1200
900

8
8

8
8

Синтетический алмаз

АС

100

3500

2000

н/д

н/д

3,5

800



6


В инструментальном производстве применяют следующие основные материалы:

  1. Инструментальные стали:

а) быстрорежущие (ГОСТ 19265-73);

б) легированные (ГОСТ 5950-73);

в) углеродистые (ГОСТ 1435-74);

г) дисперсионно-твердеющие сплавы.

  1. Твердые спеченные сплавы (ГОСТ 3882-86).

  2. Минералокерамика(керметы).

  3. Алмазы (природные и искусственные).

  4. Сверхтвердые синтетические материалы (СТМ)-композиты.

На выбор материала влияют тип инструмента, его назначение,

размеры и условия работы, а также технология изготовления инструмента.

Развитие машиностроения неразрывно связано с производством новых материалов. Во все времена от использования природных и созданных человеком материалов зависели прочность, надежность и долговечность выполненных из них деталей, изделий и машин.

Выпускаемые в настоящее время изделия работают в очень тяжелых эксплуатационных условиях. Известные марки сталей и чугунов уже не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к различным изделиям многих отраслей техники. Условия работы современных машин и приборов выдвигают требования прочности и стойкости материалов в широком диапазоне температур от -269 до 1000 °С и выше.

Необходимость решения важнейших технических задач, связанных с экономным расходованием материалов для современной техники, обусловливает дальнейшее развитие науки о материалах.

Крупными достижениями в теории и практике материаловедения ознаменовался XX в.: были созданы высокопрочные материалы для деталей и инструментов; разработаны композиционные и керамические материалы, триплекс и ситаллы; открыты сверхпроводники, применяющиеся в энергетике и других отраслях техники; созданы материалы с помощью нанотехнологий; широкое применение получили полимерные материалы и др. Совершенствовались способы упрочнения деталей пластическим деформированием, термической и химико-термической обработкой.

Постоянно разрабатываются и все больше применяются различные покрытия изделий и инструментов, позволяющие значительно улучшить качество поверхностей и их защиту от агрессивных сред.
РАЗДЕЛ I
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ГЛАВА 1
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
К инструментальным сталям предъявляют требования по следующим основным характеристикам:

  1. Режущая способность.

  2. Красностойкость (теплостойкость).

  3. Износостойкость в холодном состоянии.

  4. Механические свойства.

  5. Обрабатываемость в холодном и горячем состоянии.

Стали, из которых изготавливают режущие инструменты, должны иметь высокую прочность, твердость, износостойкость, теплостойкость. Кроме того, циклическое воздействие температур при прерывистом резании приводит к зарождению усталостных трещин в режущем клине инструмента и в конечном итоге - к его разрушению (скалыванию).

  1   2   3   4   5   6   7   8   9
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации