Материаловедение

Для выпускного клапана в двигателе внутреннего сгорания используют следующие марки стали 40Х9С2, 40XH, 40Х10С2М, 20ХН4ФА, 55Х20Г9АН4, 45Х14Н-14В2М, титановых сплавов ПТ-3В, ВТ3, ВТ-14, ВТ6, с намного низкой температурной стойкостью. Это  обуславливается тем, что клапаны из сплавов на основе интерметаллида TiAl имеют сравнимо низкую плотность металла, соответственно и меньший вес с большей твердостью и жаропрочностью даже в сравнении с привычными сплавами на основе титана. Но возникают трудности при изготовлении по привычным технологиям, позволяющим добавить прочность, из-за низкой пластичности. В таком случае изготавливают методом литья, но в этом случае, в структуре металла образуется пористость, которая удаляется только высокотемпературным газоизостатированием, очень дорогая процедура, составляющая себестоимость клапана….

Рафинирование алюминия осуществляется для производства более высоких марок алюминия. Процесс рафинирования производится в расплавленной среде, анодом является сплав загрязнённого алюминия с тяжёлым металлом, а катод представлен чистым рафинированным металлом.
Между анодом и катодом располагают электролит, который состоит из фтористых и хлористых солей. При проведении рафинирования следует обратить внимание на то, что плотность электролиты при температуре процесса, должна быть больше, нежели плотность чистого алюминия, но в тоже время меньше, нежели плотность анода. В качестве утяжелителя анодного сплава используют медь (25%).
ГОСТ 11069-2001 обозначает марки алюминия по цифрам после запятой в процентном содержании алюминия: А999, А995, А99, А85, А8, А7, А6, А5 и А0. Наиболее чистый алюминий – алюминий особой чистоты А999 – содержит не менее 99,999 % алюминия, а сумма всех примесей составляет не более 0,001 %. Марки первичного алюминия приведены в таблице №1.
Марка алюминия Al, %, не менее Химический состав примеси, %, не более

Fe Si Всего
Особой чистоты
А999 99,999 – – 0,001
Высокой чистоты
А995 99,995 0,0015 0,0015 0,005
А99 99,99 0,003 0,003 0,010
А97 99,97 0,015 0,015 0,030
А95 99,95 0,025 0,020 0,050
Технической чистоты
А85 99,85 0,08 0,06 0,15
А8 99,8 0,12 0,10 0,20
А7 99,7 0,16 0,16 0,30
А6 99,6 0,25 0,20 0,40
А5 99,5 0,30 0,30 0,50
А0 99,0 0,50 0,50 1,0
Приведем примеры марок деформируемого алюминия в таблице №2.
Марка алюминия Al, %, не менее Химический состав примеси, %, не более

Fe Si Всего
АД000 99,80 0,15 0,15 0,20
АД00 99,70 0,25 0,20 0,30
АД00Е* 99,70 0,25 0,10 0,30
АД0 99,50 0,40 0,25 0,50
АД00Е* 99,50 0,40 0,10 0,50
АД1 99,30 0,3 0,3 0,70
АД 99,00 Кремний + железо: 1,0 1,00
АД1пл 99,30 0,30 30 0,70

Алюминий используют в авиации, постройке космических станций, на морском, речном, наземном транспорте, строительстве. Для изготовления проводов, фольги, зеркал и разных столовых приборов.
Основные достоинства: лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость, высокая теплопроводность, не ядовитость его соединений. …

Сплавы, которые содержат примеси в размере 15-18%, имеют вид твердого раствора. В примеси в качестве дополнительных компонентов добавляют медь, магний, цинк, кремний, сочетание и их процентное соотношение влияют на свойство материала. В обычном состоянии алюминиевые сплавы не отличаются высокой прочностью, при этом довольно пластичны. Наиболее неустойчивые сплавы включают в состав большое количество легирующих компонентов, которые влияют на равновесную структуру.
Для упрочнения алюминиевых сплавов применяется методы термообработки. Путем равномерного нагрева, который регламентируется техническими условиями, получают соответствующую структуру, необходимую для начальной стадии распада твердого раствора.
С помощью термообработки можно получить множество типов структуры материала, которые соответствуют требованиям производства. Термическая обработка позволяет создать структуру, не имеющую аналогов.
Приведем примеры марок алюминиевых сплавов упрочняемых термической обработкой таблица №3.
Марка сплава Химический состав, %, (остальное Al) d
r/см3 Упрочняющая термообработка α
МПа Σ
%

Cu Mg Mn
Другие
элементы

Д16 3,8..4,9 1,2..1,8 0,3..09 Fe 0.5;
Si 0.5; 2.8 Закалка 500 ◦С
Старение 20 ◦С, 96ч 470
(220) 17 (18)
Д18 2,2..3,0 0,2..0,5 0,2 Fe 0.5;
Si 0.5; 2,76 То же 300 (160) 24 (24)
01420 – 5,0..6,0 0,3 Li 1.9..2.3
Zr 0.09..0.15 2.5 Закалка 500 ◦С
Старение 170 ◦С, 10..12 ч 450 4..5
В95 1,4..2,0 1,8..2,8 0,2..0,6 Zn 5,0..7,0
Cr 01..0,25 2,85 Закалка 470 ◦С
Старение 130 ◦С, 16..24 500-580 7..5
ВАД23 4,8..5,8 – 0,4..0,8 Li 9..1.4
Cd 0.1..0.25 2,72 Закалка 500 ◦С
Старение 170 ◦С, 10..12 ч 550-580 4
АК8 3.9..4,8 0,4..0,8 0,4..1,0 Si 0.6..1.2 2,8 Закалка 500 ◦С
Старение 10 ◦С, 6..15 ч 450-460 10

Любой из типов термообработки широко используется в промышленности. Благодаря чему у производителей есть возможность получения материалов, полностью соответствующих требованиям производства. Причем такая обработка сплавов позволяет значительно улучшить свойства алюминия. …

Для нахождения уравнения плоскости используем формулу:

x – x1 y – y1 z – z1 =0
x2 – x1 y2 – y1 z2 – z1
x3 – x1 y3 – y1 z3 – z1

x – 1 y – 2 z – 3 =0
1 – 1 2 – 2 1 – 3
4 – 1 2 – 2 2 – 3

x – 1 y – 2 z – 3 =0
0 -2 -2
3 0 -1

(x 1 ) (-2 · (-1 – (-2 · 0 ) – (y 2 ) 0 · (-1 – (-2 · 3 ) + (z 3 ) 0 · 0 – (-) · 3 ) =0

2 (x – 1 ) + (-) (y – 2 ) + 6 (z – 3 ) =0

2 x – 6 y + 6 z – 8 =0

x – 3y + 3z – 4 = 0
N={1;-3;3}
…

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей. Азотирование применяют для повышения свойства износостойкости и предела выносливости деталей машин. Если главным требованием, предъявляемым к азотируемому слою является высокие твердость и износостойкость, то применяют сталь 38X2МЮА, содержащую 0,35-0,42% С, 1,35%-1,65% Cr, 0,7-1,10% Al, 0,15-0,25% Mo.
Для азотирования используют стали, содержащие алюминий, молибден, хром, титан. Нитриды этих элементов дисперсны и обладают высокой твердостью и термической устойчивостью.
Типовые азотируемые стали: 38ХМЮА, 35ХМЮА, 30ХТ2Н3Ю.
Глубина и поверхностная твердость азотированного слоя зависят от ряда факторов, из которых основные: температура азотирования, продолжительность азотирования и состав азотируемой стали….

Очень распространённым механико-технологическим испытанием является определение твёрдости. Это обусловлено быстротой и простотой таких испытаний, а также ценностью получаемой информации: твёрдость характеризует состояние поверхности детали до и после технологической обработки.
Наиболее широко применяются следующие способы измерения твердости:
вдавливанием стального шарика (метод Бринелля);
вдавливанием алмазного конуса (метод Роквелла);
вдавливанием четырехгранной алмазной пирамиды (метод Виккерса).
Для определения твердости детали, изготовленной из малоуглеродистой стали 15 удобен и широко распространён метод определения твердости по Роквеллу. Опишем этот метод.
В этом способе в качестве индентора, вдавливаемого в образец, используется алмазный конус с углом при вершине 120 градусов и радиусом закругления 0,2 мм, или стальной шарик диаметром 1,5875 мм (1/16 дюйма).. Сначала конус вдавливается предварительной нагрузкой P0 = 100 H, которая не снимается до конца испытания. При этой нагрузке конус погружается на глубину h0. Затем на конус подается полная нагрузка P = P0 + P1 (два варианта: A – P1 = 500 H и C – P1 = 1400 H), при этом глубина вдавливания увеличивается. После снятия основной нагрузки P1 остается глубина h1. Глубина отпечатка, полученная за счёт основной нагрузки P1, равная h = h1 – h0, характеризует твердость по Роквеллу. Число твёрдости определяется по формуле:
HRC(HRA)=100-h1-h00.002
где 0,002 – цена деления шкалы индикатора твердомера.

К достоинствам метода Роквелла следует отнести:
высокую производительность;
процесс испытания достаточно быстрый;
простоту обслуживания;
возможность проведения опытов с высокой твердостью.
К недостаткам метода Роквелла следует отнести:
по сравнению с твердомерами Бринелля и Виккерса, метод Роквелла не достаточно точен;
необходимо тщательно подготовить поверхность образца. …

№ Металл или не металл Агрегатное состояние происхождение По электропро-водимости(проводник, диэлектрик)

природное искуственное

Органич. неорганич

1 Стеклопластик твердое

да диэлектрик
2 Серебро твердое да

проводник
3 Мельхиор твердое да

проводник
4 Стекло твердое
да
диэлектрик
5 Полиэтилен твердое

да диэлектрик
6 Вода жидкое да

не содержащая примесей вода — хороший изолятор
7 Берёза твердое да

Твердый диэлектрик…