Управление качеством продукции на примере металлов и сплавов

Управление качеством продукции на примере металлов и сплавов

                    План:

1.Строение металлов и  сплавов.

2. Виды сплавов.

3. Свойства металлов и  сплавов.

4. Термообработка и ее  виды.

Строение металлов и сплавов

Металлы и их сплавы - один из главных конструкционных материалов современной цивилизации. Это определяется прежде всего их высокой прочностью, однородностью и непроницаемостью для жидкостей и газов. Меняя рецептуру сплавов, можно менять их свойства в очень широких пределах, а значит, управлять их качеством.

Металлы (Ме) – вещества, атомы которых образуют кристаллическую решетку.

Атомная кристаллическая решетка характеризуется:

1) параметром а— расстояние между атомами. измеряется в ангстремах (А°). Например, параметр решетки хрома равен 2,878 Аº (1А°=10-8см);

элементарной кристаллической ячейкой, т. е. наименьшим комплексом атомов, образующих кристаллическую решетку. Атомы металла расположены под определенным углом.

 

Металлам присущи следующие типы элементарных кристаллических ячеек: кубическая объемно центрированная (ОЦК), кубическая гранецентрированная (ГЦК) и гексагональная плотноупакованная (ГПУ).

При переходе  Ме из жидкого состояния в твердое при охлаждении происходит образование кристаллической решетки (кристаллизация) и определенной зерновой структуры. Размеры зерна и их количество зависят от скорости охлаждения и определяют свойства Ме.

Свойство Ме перестраивать решетку при термическом или механическом воздействии называется АЛЛОТРОПИЕЙ (ПОЛИМОРФИЗМОМ).

2. Виды сплавов

Чистые Ме в технике не используются, в основном используются сплавы. СПЛАВ – это вещество, полученное сплавлением двух или более компонентов.

Виды твердых сплавов.

Сплав как твердый раствор:

Твердый раствор замещения

Твердый раствор внедрения

2. Сплав как химическое  соединение

Твердый раствор состоит из одного вида кристаллов, имеет одну кристаллическую решетку.

 

 

 

Чистый Ме                       Твердый раствор замещения

Сплав как химическое соединение. Основной Ме вступает в хим. реакцию с другим элементом, образуя новое вещество. Н-р,  3Fe + C = Fe3C (карбид железа – «цементит»).

Наличие в сплаве химических соединений типа карбидов (Fe3C), нитридов (TiN), окисных соединений  (SiO2) определяют твердость и износостойкость металлов.

Сплав как механическая смесь. Механическая смесь кристаллов образуется, когда компоненты не растворимы и не образуют химических соединений.

3. Свойства Ме и сплавов

Наиболее используемыми в промышленности являются сплавы железо (Fe) – углерод (С). Сплавы Fe – C в зависимости от содержания углерода делятся на СТАЛИ (содержание углерода до 2,14%) и ЧУГУНЫ  (содержание углерода более  2,14%). Предельное содержание углерода в сплаве 6,67%.

У металлов выделяют механические, технологические, физические и химические свойства.

К физическим свойствам относятся: цвет, плотность, Тпл, электропроводность, теплопроводность, теплоемкость…

 К химическим – окисляемость, растворимость, коррозионная стойкость, жароупорность.

К механическим :

ПРОЧНОСТЬ (  ) – способность материала сопротивляться разрушению и появлению остаточных деформаций под действием внешних сил.

ТВЕРДОСТЬ – способность одного тела противостоять проникновению в него другого тела, более твердого. (HB –  по Бриннелю)

ПЛАСТИЧНОСТЬ (δ) - свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил.

ВЯЗКОСТЬ – способность металла оказывать сопротивление ударным нагрузкам.

УПРУГОСТЬ – свойство металла восстанавливать свою форму после прекращения действия внешних сил.

К технологическим:

 ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ –  глубина проникновения закаленной  зоны т.е. свойство стали закаливаться на определенную глубину от поверхности.

ЖИДКОТЕКУЧЕСТЬ – это способность металлов и сплавов течь по каналам формы и заполнять ее.

КОВКОСТЬ  – способность металлов и сплавов подвергаться различным видам обработки давлением.

При малом содержании углерода образуется  кристаллическая структура сплава в виде твердого раствора внедрения, а затем  - твердого раствора замещения. Снижение пластичности металла и рост прочности происходит до критической концентрации 1,2% углерода, когда сплав перекристаллизуется с образованием зерен в виде механической смеси. С дальнейшим повышением содержания углерода прочность снижается, растет хрупкость сплава т.к.  нарушаются связи между зернами металла. По мере повышения содержания углерода, происходит увеличение доли сплава в виде химического соединения - карбида железа – Fe3C, который характеризуется большой твердостью.

4. Термообработка и ее  виды.

ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ называют процессы, связанные с нагревом и охлаждением, вызывающие изменения внутреннего строения сплава, и в связи с этим изменения в нужном направлении  физических, пластических, механических и других свойств.

В основе теории термообработки  лежит свойство металлов перестраивать кристаллическую решетку при определенных температурах в процессе нагревания или охлаждения, т.е. аллотропия металлов.

Всего 3 этапа режима:

 этап 1 – металл (материал) нагревается в течение времени  до равновесной температуры перекристаллизации  tкр.

 этап 2 – металл выдерживается  в течение времени  при tкр;

 этап 3 – металл охлаждается  с заданной скоростью по вариантам А, Б, В.

Три режима (три способа) термообработки:

1. Вариант А. Охлаждение  металла осуществляется со скоростью             – это режим ОТЖИГА;

2. Вариант Б. Охлаждение  металла осуществляется со скоростью                 – это режим НОРМАЛИЗАЦИИ;

3. Вариант В. Охлаждение  металла осуществляется со скоростью               – это режим ЗАКАЛКИ.

ОТЖИГ – термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла до определенных температур, выдержке и последующего очень медленного охлаждения вместе с печью. Применяют для улучшения обработки металлов резанием, снижения твердости, получения зернистой структуры, а также для снятия напряжений, устранения частично (или полностью) всякого рода неоднородностей, которые были внесены в металл при предшествующих операциях (механическая обработка, обработка давлением,литье, сварка) улучшает структуру металла.

НОРМАЛИЗАЦИЯ. Нормализация - заключается в нагреве металла до температуры на (30-50)°С выше критической точки и последующего охлаждения на воздухе. Нормализация по сравнению с отжигом - более экономичная операция, так как не требует охлаждения вместе с печью. Нормализацию применяют для получения мелкозернистой структуры в отливках и поковках, для устранения наклепа, для подготовки структуры стали к закалке.

ЗАКАЛКА. Закалка - это нагрев до оптимальной температуры, выдержка и последующее быстрое охлаждение (в воде, масле…) с целью получения неравновесной структуры. В результате закалки повышается прочность и твердость и понижается пластичность стали.

ОТПУСК. Отпуск стали является завершающей операцией.