Разновидности чугунов. Структура, свойства, маркировка

Виды чугунов:БелыйчугунСерыйчугунКовкийчугунВысокопрочныйчугунПоловинчатый чугун

Белые чугуны очень хрупки, плохо обрабатываются резанием и обычно идут на переплав в сталь (передельные чугуны) или подвергаются отжигу, специальной термической обработке для получения ковких чугунов. Серые чугуны широко используются как материалы для производства фасонных отливок на машиностроительных заводах. Наличие графита в структуре отливок имеет свои положительные стороны, так как улучшает обрабатываемость резанием, в результате чего получается ломкая стружка.По ГОСТ 7293—85 высокопрочный чугун маркируется буквами ВЧ и цифрами, показывающими предел прочности при растяжении и относительное удлинение (δ, %). Например: ВЧ42—12; ВЧ45—5; ВЧ120—4 (σв=1200 МПа, δ=4%).Из высокопрочного чугуна изготавливают детали прокатных станов, кузнечно-прессового оборудования, коленчатые валы и поршни легковых автомобилей. Ковкий чугун получают длительным отжигом отливок из белого чугуна: медленно нагревают до 950—1000°С и выдерживают 10—15 ч, затем температуру снижают до 720—740°С и выдерживают еще 20—30 ч. При отжиге цементит распадается, образуя графит хлопьевидной формы. В зависимости от режима отжига можно получить ковкий чугун на ферритной основе или ковкий чугун на перлитной основе.По ГОСТ 1215—79 ковкие чугуны маркируются буквами КЧ и цифрами, показывающими предел прочности при растяжении (σв) и относительное удлинение (δ, %). Например КЧЗ0—6, КЧ50—5 (σв=500 МПа, δ=4%). Ковкий чугун, как и любой другой, не подвергается ковке, а такое название получил потому, что обладает большей пластичностью, чем белый, из которого он получился.Ковкий чугун применяют в автомобилестроении, сельскохозяйственном и текстильном машиностроении. По свойствам он заанимает положение между серым чугуном и сталями, поэтому можно изготавливать детали высокой прочности, воспринимающие ударные и переменные нагрузки (тормозные колодки, цепи, храповики, звездочки приводных цепей и др.).

34. Серый и высокопрочный чугуны. Образование графита пластинчатой и шаровидной формы. Микроструктура, свойства и маркировка чугунов.Чугун серый — сплав железа с углеродом, в котором присутствует графит в виде крабовидных, пластинчатых или волокнистыхвключений. Высокопрочный чугун — чугун, имеющий графитные включения сфероидальной формы.Шаровидная форма включений графита и возможность варьировать структурой металлической основы в широких пределах позволили придать чугуну весьма высокие прочностные и эксплуатационные свойства, недостижимые ранее в литом состоянии ни в одном из существующих видов чугуна.Пластинчатая форма образуется непосредственно при кристаллизации чугуна в отливке в соответствии с диаграммой состояния системы Fe - С (стабильной). Причем, чем больше углерода и кремния в сплаве и чем ниже скорость его охлаждения, тем выше вероятность кристаллизации по этой диаграмме с образованием графитной эвтектики. При низком содержании углерода и кремния чугун модифицируют небольшими дозами некоторых элементов (например, алюминий, кальций, церий).Чугун с шаровидным графитом обладает высокими значениями пределов прочности при растяжении, сжатии и изгибе, четко выраженным пределом текучести, заметным удлинением в литом состоянии и высоким удлинением после отжига, достаточно высокой ударной вязкостью после термической обработки и т. п. Он также обладает весьма удовлетворительными литейными свойствами (хорошей жидкотеку-честью, малой линейной усадкой, незначительной склонностью к образованию горячих трещин и т. п.), хорошо поддается механической обработке, может подвергаться сварке, заварке литейных дефектов, автогенной резке и т. п. Его эксплуатационные свойства также положительны — он обладает высокой износостойкостью, хорошими антифрикционными свойствами, высокой жаростойкостью (при легировании алюминием или кремнием).

35. Теоретические основы термической обработки стали. Критические точки нагрева и охлаждения. Термической обработкой называется технологический процесс, состоящий из совокупности операций нагрева, выдержки и охлаждения изделий из металлов и сплавов, целью которого является изменение их структуры и свойств в заданном направлении.Термическая обработка рассматривает и объясняет изменение строения и свойств металлов и сплавов при тепловом воздействии, а также при тепловом воздействии в сочетании с химическим, деформационным, магнитным и другими воздействиями. Критические точки А1 лежат на линии PSK (727 °C). Критические точки А2 находятся на линии МО (768 °C). Критические точки А3 лежат на линии GS, а критические точки Аcm — на линии SE.Вследствие теплового гистерезиса превращения при нагреве и охлаждении проходят при разных температурах. Поэтому для обозначения критических точек при нагреве и охлаждении используют дополнительные индексы: буквы «с» в случае нагрева и «r» в случае охлаждения. Например, АС1, АС3, Аr1, Аr3.

36. Классификация видов термической обработки стали.Отжиг стали производят в тех случаях, когда необходимо уменьшить твердость, повысить пластичность и вязкость, ликвидировать последствия перегрева, получить равновесное состояние, улучшить обрабатываемость при резании.Полный отжиг стали производят путем нагрева ее до температуры выше верхних критических точек на 20...50 СС (Лс3 + 20...50°С), т.е. выше линии GS (см. 9.12), выдержки при такой температуре до полного прогрева слитка с последующим очень медленным охлаждением (вместе с охлаждаемой печью, под слоем песка, золы, шлака и т. п.). Закалка стали заключается в нагреве ее до температуры образования аустенита, выдержке при этой температуре и последующем быстром охлаждении. В зависимости от скорости охлаждения сталь получают в состоянии мартенсита, троостита или сорбита закалки. Отпуском называют термическую обработку, при которой закаленную сталь нагревают до температуры ниже критических точек Ас\ (723 °С), выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают. При отпуске стали мартенсит закалки и остаточный аустенит распадаются, образуя более устойчивые структуры (троостит, сорбит). Цель отпуска — уменьшение внутренних напряжений, снижение твердости и хрупкости, повышение пластичности.Различают три вида отпуска: низкий (в интервале температур 150...200°С), средний (300...400°С), высокий (500...600°С).

37. Превращения в стали при нагреве. Образование аустенита. Начальное, наследственное, действительное зерно стали. Методы определения величины зерна В большинстве случаев первый процесс при термической обработке стали — образование аустенита. При медленном нагреве стальных тел достаточного сечения превышение температуры на 30—50° над равновесной критической точкой обычно обеспечивает получение однородной структуры аустенита. В этом случае лимитирующей является допустимая скорость нагрева, обеспечивающая отсутствие поводки и разрушения, процессы фазовых превращений и диффузии успевают пройти при этом в достаточной степени.применение больших скоростей нагрева приводит к получению в доэвтектоидной стали аустенитно-карбидной структуры. Хорошо известно также, что нагрев до различных температур выше А3—Аст приводит к получению аустенита с разными свойствами, а это определяет различное поведение в процессе охлаждения и свойства термически обработанной стали. Все эти особенности определяются диффузионным характером процесса образования аустенита, развивающимся во времени. Поэтому изменение температурно-временных условий нагрева приводит к изменению состава и строения аустенита со всеми вытекающими последствиями. Начальное зерно аустенита — зерно, полученное в момент окончания перлитно-аустенитного превращения, т. е. в момент образования аустенита в надкритическом районе температур. Действительное зерно — зерно, полученное в конкретных условиях нагрева в результате той или иной термической обработки деталей.Величина действительного зерна оказывает влияние на механические и технологические свойства. Первичное (природное, наследственное) зерно — зерно, полученное в результате определенной технологической пробы. Методы определения величины аустеиитного зериа А. Для доэвтектоидной стали (по ГОСТу 5639-51) размер зерна определяется по карбидной сетке, образовавшейся по границам зерен аустенита при цементации.Б. Для заэвтектоидной стали размер зерна определяется по карбидной сетке, получаемой после нагрева образцов до 930 ± 10°, выдержки в течение 3 час. и охлаждения 80—100 град/час до 600°. Травление шлифов аналогично принятому при цементации. В. Для углеродистой и легированной конструкционной и инструментальной стали размер зерна определяется по сетке окислов, выявляемых методом горячего травления или окисления микрошлифов.

38. Превращение аустенита в перлит при охлаждении (перлитное превращение). Диаграмма изотермического превращения аустенита. Основное превращение, протекающее во время охлаждения при отжиге стали, — это эвтектоидный распад аустенита на смесь феррита с карбидом. Кинетика эвтектоидного превращения изображается С-образными кривыми на диаграмме изотермического превращения аустенита.

39. Мартенситное и промежуточное превращения. Характерные особенности. Мартенситное превращение, п олиморфное превращение, при котором изменение взаимного расположения составляющих кристалл атомов (или молекул) происходит путём их упорядоченного перемещения, причем относительные смещения соседних атомов малы по сравнению с междуатомным расстоянием. Перестройка кристаллической решётки в микрообластях обычно сводится к деформации её ячейки, и конечная фаза мартенситного превращения может рассматриваться как однородно деформированная исходная фаза.зарождение мартенситных кристаллов происходит с большой скоростью и может не требовать тепловых флуктуаций. Вследствие воздействия образовавшейся фазы на исходную фазу энергетический барьер для перемещения границы фаз существенно меньше, чем для однородного перехода; при небольших отклонениях от равновесия он исчезает — кристалл растет со скоростью порядка звуковой и без тепловой активации (превращение возможно при температурах, близких к абсолютному нулю).Мартенситные превращения обнаружены во многих кристаллических материалах: чистых металлах, многочисленных сплавах, ионных, ковалентных и молекулярных кристаллах. Промежуточное (бейнитное) превращение аустенита протекает в температурной области между перлитным и мартенситным превращениями. Кинетика этого превращения и получающиеся структуры имеют черты кинетики и структур, получаемых при диффузионном перлитном и бездиффузионном мартенситном превращениях: диффузионное перераспределение углерода в аустените между продуктами его распада и мартенситное бездиффузионное превращение g ® a. В результате бейнитного превращения образуется смесь a -фазы (феррита) и карбида, которая называется бейнитом.Карбид в бейните не имеет пластинчатого строения, свойственного перлиту. Карбидные частицы в бейните очень дисперсны, их можно видеть только под электронным микроскопом. Различают верхний и нижний бейниты, образующиеся соответственно в верхней и нижней частях промежуточного интервала температур (условная граница между ними 350 °С). Верхний бейнит имеет перистое строение, а нижний — игольчатое, мартенситоподобное строение.Пластичность при переходе из перлитной области в бейнитную (верхний бейнит) падает, а затем с понижением температуры вновь возрастает (нижний бейнит). Снижение пластичности в области верхнего бейнита связано с выделением сравнительно грубых карбидов преимущественно по границам ферритных кристаллов. В нижнем же бейните частицы карбидов расположены внутри кристаллов a -фазы, и поэтому при высокой прочности в стали с верхним бейнитом сохраняется высокая вязкость.

40. Превращения при отпуске закаленной стали. При отпуске закаленной на мартенсит стали в ней происходят превращения, которые приводят к распаду мартенсита и образованию равновесного структурно-фазового состава. Интенсивность и результат этих превращений зависят от температуры отпуска. Температуру отпуска выбирают в зависимости от функционального эксплуатационного назначения изделия .Низкий (низкотемпературный отпуск) проводят при температурах не выше 250...300°С. При таких температурах происходит частичное обезуглероживание мартенсита и выделение из него некоторого количества избыточного углерода в виде частиц е - карбида железа. Средний (средне-температурный) отпуск выполняют при температурах 350...500°С и применяюНизкому отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, работающий без значительного разогрева рабочей части, а такие детали, прошедшие поверхностную закалку или цементацию. Цель такого отпуска - некоторое снижение внутренних напряжений.т преимущественно для рессор, пружин, некоторых видов штампов. При таких температурах происходит дальнейшее обезуглероживание мартенсита, приводящее к его превращению в обычный а-раствор,т.е. в феррит. Одновременно происходит карбидное превращение по схеме; Fe2C  Fе3С,В результате образуется феррито-цементитная смесь, называемая троститом отпуска. Наблюдается снижение твёрдости до величины 40...50 HRC, а также снижение внутренних напряжений.Такой отпуск обеспечивает высокий предел упругости и предел выносливости, что позволяет применять его для различных упругих элементов. Высокий(высокотемпературный) отпуск проводят при 500...600°С. Структурные изменения при таких температурах заключаются в укрупнении (коагуляции) частиц цементита. В результате этого образуется феррито-цементитная смесь, называемая сорбитом отпуска.Таким образом, высокий отпуск на сорбит обеспечивает наилучший комплекс механических свойств, позволяющий применять его для деталей, работающих в условиях динамических нагрузок. Такой же отпуск рекомендуется для деталей машин из легированных сталей, работающих при повышенных температурах.

41. Отжиг первого рода, виды, назначение.Отжиг первого рода включает возврат, рекристаллизацию и гомогенизацию, предназначенные в основном для однофазных металлов и сплавов или для многофазных сплавов, когда фазовые превращения практически незаметны.Cтруктурные изменения происходят вследствие воздействия как внешних механических сил (пластическая деформация), так и температурного фактора в течение соответствующего времени

42. Отжиг второго рода. Неполный, полный, изотермический, сфероидизирующий. Назначение.Отжиг второго рода предназначен для изменения фазового состава. Температура нагрева и время выдержки обеспечивают нужные структурные превращения. Скорость охлаждения должна быть такой, чтобы успели произойти обратные диффузионные фазовые превращения. Полный отжиг, с температурой нагрева на 30…50 oС выше критической температуры А3:Тн = А3 + (30..50)оСПроводится для доэвтектоидных сталей для исправления структуры.При такой температуре нагрева аустенит получается мелкозернистый, и после охлаждения сталь имеет также мелкозернистую структуру.. Неполный отжиг, с температурой нагрева на 30…50oС выше критической температуры А1:Тн = А1 + (30..50)оСПрименяется для заэвтектоидных сталей. Неполный отжиг является обязательным для инструментальных сталей.Иногда неполный отжиг применяют для доэвтектоидных сталей, если не требуется исправление структуры (сталь мелкозернистая), а необходимо только понизить твердость для улучшения обрабатываемости резанием. Циклический или маятниковый отжиг применяют, если после проведения неполного отжига цементит остается пластинчатым. В этом случае после нагрева выше температуры А1 следует охлаждение до 680 oС, затем снова нагрев до температуры 750…760) oС и охлаждение. В результате получают зернистый цементит. Изотермический отжиг – после нагрева до требуемой температуры, изделие быстро охлаждают до температуры на 50…100oС ниже критической температуры А1 и выдерживают до полного превращения аустенита в перлит, затем охлаждают на спокойном воздухе (рисунок). Температура изотермической выдержки близка к температуре минимальной устойчивости аустенита.

43. Закалка стали. Выбор температуры закалки и среды нагрева.Закалкой называется операция термической обработки, состоящая из нагрева до температур выше верхней критической точки AC3 для доэвтектоидной стали и выше нижней критической точки АС1 для заэвтектоидной стали и выдержки при данной температуре с последующим быстрым охлаждением (в воде, масле, водных растворах солей и пр.).В результате закалки сталь получает структуру мартенсита и благодаря этому становится твердой.Закалка повышает прочность конструкционных сталей, придает твердость и износостойкость инструментальным сталям.Режимы закалки определяются скоростью и температурой нагрева, длительностью выдержки при этой температуре и особенно скоростью охлаждения.Температура нагрева стали для закалки зависит в основном от химического состава стали. При закалке доэвтектоидных сталей нагрев следует вести до температуры на 30 - 50° выше точки АС3. В этом случае сталь имеет структуру однородного аустенита, который при последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую скорость закалки, превращается в мартенсит. Такая закалка называется полной. При нагреве доэвтектоидной стали до температур AC1 — АC3 в структуре мартенсита сохраняется некоторое количество оставшегося после закалки феррита, снижающего твердость закаленной стали. Такая закалка называется неполной.Для заэвтектоидной стали наилучшая температура закалки — на 20—30° выше АС1, т. е. неполная закалка. В этом случае сохранение цементита при нагреве и охлаждении будет способствовать повышению твердости, так как твердость цементита больше твердости мартенсита. Нагревать заэвтектоидную сталь до температуры выше Аст не следует, так как твердость получается меньшей, чем при закалке с температуры выше АС1,за счет растворения цементита и увеличения количества остаточного аустенита. Кроме того, при охлаждении с более высоких температур могут возникнуть большие внутренние напряжения.

44. Способы закалки сталей. Дефекты, возникающие при закалке сталей.Закалка в одной среде. Такую закалку проще выполнять, но ее можно применять не для каждой стали и не для любых деталей, так как быстрое охлаждение деталей переменного сечения в большом интервале температур способствует возникновению температурной неравномерности и больших внутренних напряжений, что может вызвать коробление детали, а иногда и растрескивание (если величина внутренних напряжений превзойдет предел прочности).Чем больше углерода в стали, тем больше объемные изменения и структурные напряжения, тем больше опасность возникновения трещин.Недостаток этого вида закалки в том, что горячие следы не могут обеспечить большую скорость охлаждения при температуре 400—600° С. В связи с этим ступенчатую закалку можно применять для деталей из углеродистой стали небольшого сечения (до 8—10 мм). Для легированных сталей, имеющих небольшую критическую скорость закалки, ступенчатая закалка применима к деталям большого сечения (до 30 мм). Изотермическую закалку проводят так же, как ступенчатую, но с более длительной выдержкой при температуре горячей ванны (250—300° С), чтобы обеспечить полный распад аустенита. Выдержка, необходимая для полного распада аустенита, определяется по точкам а и b и по S-образной кривой (см. рис. 1). В результате такой закалки сталь приобретает структуру игольчатого троостита с твердостью HRC45 55 и с сохранением необходимой пластичности. После изотермической закалки охлаждать сталь можно с любой скоростью. В качестве охлаждающей среды используют расплавленные соли: 55% KNO3 + 45% NaN(температура плавления 137° С) и 55% KNO3 + 45% NaNO3 (температура плавления 218° С), допускающие перегрев до необходимой температуры.Изотермическая закалка имеет следующие преимущества перед обычной:минимальное коробление стали и отсутствие трещин; большая вязкость стали. Светлую закалку стальных деталей проводят в специально оборудованных печах с защитной средой. На некоторых инструментальных заводах для получения чистой и светлой поверхности закаленного инструмента применяют ступенчатую закалку с охлаждением в расплавленной едкой щелочи. Перед закалкой инструмент нагревают в соляной ванне из хлористого натрия при температуре на 30—50° С выше точки АС1 и охлаждают при 180—200° С в ванне, состоящей из смеси 75% едкого калия и 25% едкого натра сдобавлением 6—8% воды (от веса всей соли). Смесь имеет температуру плавления около 145° С и, благодаря тому что в ней находится вода, обладает очень высокой закаливающей способностью. При ступенчатой закалке стали с переохлаждением аустенита в расплавленной едкой щелочи с последующим окончательным охлаждением на воздухе детали приобретают чистую светлую поверхность серебристо-белого цвета; в этом случае отпадает необходимость в пескоструйной очистке деталей и достаточна промывка их в горячей воде. Закалка с самоотпуском широко применяется в инструментальном производстве. Сущность ее состоит в том, что детали не выдерживают в охлаждающей среде до полного охлаждения, а в определенный момент извлекают из нее, чтобы сохранить в сердцевине изделия некоторое количество тепла, за счет которого производится последующий отпуск. После достижения требуемой температуры отпуска за счет внутреннего тепла деталь окончательно охлаждают в закалочной жидкости.Проконтролировать отпуск можно по цветам побежалости (см. рис. 2), появляющимся на зачищенной поверхности стали при 220—330° С. Дефекты, возникающие при закалке стали. Недостаточная твердость,перегрев,пережог,Окисление и обезуглероживание стали,Коробление и трещины.

45. Закалочные среды. Критическая скорость закалки. Закаливаемость и прокаливаемость стали.Закаливаемость показывает способность стали к повышению твердости при закалке. Некоторые стали обладают плохой закаливаемостью, т. е.имеют недостаточную твердость после закалки. О таких сталях говорят, что они «не принимают» закалку .Прокаливаемость стали характеризуется ееспособностью закаливаться на определенную глубину. При закалке по­верхность детали охлаждается быстрее, так как она непосредственносоприкасается с охлаждающей жидкостью, отнимающей тепло.Прокаливаемость стали можно определить по излому, по микроструктуре и по твердости.Закалочная среда-масло. Выбор температуры закалки. Доэвтектоидные стали нагревают до температур на 30 - 500С выше точки Ас3. (аустенит ® мартенсит). Заэвтектоидные стали нагревают выше точки Ас1. При таком нагреве образуется аустенит при сохранении некоторого количества цементита(аустенит + цементит ® мартенсит + цементит). Верхний предел закалки ограничивается, так как чрезмерное повышение температуры выше точки А1 связано с ростом зерна. Поэтому интервал колебания температур закалки невелик (15 - 200С). Закалка от температур выше точки Аcm снижает твердость стали за счет увеличения количества остаточного аустенита.

46. Отпуск закаленной стали. Назначение. Виды отпуска. Обработка стали холодом.Отпуском называется нагрев закаленной стали до температур ниже критической точки Ас1 выдержка при этой температуре с последующим охлаждением (обычно на воздухе). Отпуск является окончательной термической обработкой. Целью отпуска является изменение строения и свойств закаленной стали: повышение вязкости и пластичности, уменьшение твердости, снижение внутренних напряжений.В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска: низкотемпературный, среднетемпературный и высокотемпературный. обработка стали холодом, заключающаяся в охлаждении закалённой стали, в структуре к-рой имеется остаточный аустенит, до темп-ры ниже О °С (обычно до - 80 °С), что приводит к дополнит. образованию мартенсита. О. с. х. применяется для деталей, изготовл. из стали с высоким содержанием углерода, с целью получения Макс. твёрдости и стабилизации размеров закалённых деталей.

47. Термомеханическая обработка сталей (ВТМО, НТМО).Высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО). Она заключается в том, что непосредственно после горячей обработки давлением (прокатки, штамповки), когда сталь имеет температуру выше Ас3 и аустенитную структуру, проводится резкое охлаждение— закалка. За короткое время между окончанием прокатки (или штамповки) и закалкой рекристаллизация не успевает произойти. В связи с этим наклеп и упрочнение, которые возникли при пластической деформации во время прокатки или штамповки, не устраняются и остаются в стали после ее остывания. После закалки к этому добавляется еще упрочнение вследствие образования твердой мартенситной структуры. Мартенсит, образующийся в этих условиях, кроме своих дислокаций как бы наследует дислокации, возникшие при наклепе. Ясно, что чем короче промежуток времени между окончанием прокатки и закалкой, когда сталь имеет высокую температуру, тем больше сохранится дислокаций и тем больше будет эффект упрочнения. Практически, этот отрезок времени составляет несколько секунд, в течение которых частично происходит рекристаллизация, что снижает эффект упрочнения. Это один из главных недостатков способа ВТМО. Схематически сущность его иллюстрирует рис. Низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО). Сталь нагревают до аустенитного состояния, а затем охлаждают ниже температуры рекристаллизации, но выше температуры начала мартенситного превращения, т. е. в температурном интервале примерно 400—600°С. В этом интервале, в котором еще сохраняется аустенитная структура, производится деформация стали, например штамповка. Деформация вызывает наклеп аустенита, рекристаллизации же в этих условиях не происходит. Затем проводится закалка: образуется мартенсит, который, как и в предыдущем способе, наследует дислокации, а значит и упрочнение, полученное при деформации. Здесь устранен недостаток первого способа, так как рекристаллизация практически отсутствует, и потому наиболее полно используется эффект упрочнения от наклепа. Однако технологически этот способ сложнее, так как трудно осуществлять обработку давлением в таком узком интервале температур.

48. Методы поверхностного упрочнения стали (пластического деформирования).Упрочнение деталей поверхностным пластическим деформированием (ППД). Сущность способа заключается в следующем. Под давлением деформирующего инструмента микровыступы (микронеровности) поверхности детали пластически деформируются (сминаются), заполняя микровпадины обрабатываемой поверхности, что способствует повышению твердости поверхностного слоя. Более того, в поверхностном слое возникают благоприятные сжимающие напряжения, что способствует повышению усталостной прочности на 30…70 %, износостойкости—в 1,5…2 раза, значительно снижается шероховатость поверхности упрочняемой детали. К наиболее распространенным способам упрочнения ППД относятся: -обкатка рабочих поверхностей шариками или роликами;-алмазное выглаживание;-дробеструйная обработка;-ультразвуковое упрочнение;-упрочнение наклепом.

49. Сущность поверхностной закалки стали.Основное назначение поверхностной закалки: повышение твердости, износостойкости и предела выносливости деталей (зубьев шестерен, шеек валов, направляющих станин металлорежущих станков и др.). Сердцевина детали остается вязкой и хорошо воспринимает ударные и другие нагрузки. В промышленности применяют следующие способы поверхностной закалки: закалку с индукционным нагревом токами высокой частоты (т. в. ч.); с электроконтактным нагревом; газоповерхностной закалке стали: а — токами высокой частоты; б — ацетилено-кислородным пламенем: 1 — деталь; 2 — индуктор; 1 — нагрев; 11 — охлаждение; III — закаленный слой; IV — незакаленная сердцевина пламенную закалку; закалку в электролите. Общим для всех способов поверхностной закалки является нагрев поверхностного слоя детали до температуры выше критической точки Ас3 с последующим быстрым охлаждением для получения структуры мартенсита. В настоящее время наибольшее распространение получила поверхностная закалка с индукционным нагревом т. в. ч.

50. Химико-термическая обработка, определение и виды.Химико-термическая обработка Обработка, состоящая из термического и химического воздействий, с целью изменения химического состава, структуры и свойств стали Диффузионное насыщение неметаллами или диффузионное удаление Химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении стали неметаллами или диффузионном удалении неметаллов из стали, с целью изменения химического состава, структуры свойств Науглероживание (цементация) Химико- термическая обработка, при которой диффузионное насыщение поверхностного слоя стали углеродом Азотирование Химико-термическая обработка, при которой происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя стали азотом Борирование Химико-термическая обработка, при которой происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя стали бором Обезуглероживание Химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном удалении углерода из поверхностного Обезводороживание Химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном удалении водорода из стали Азотоуглероживание (высокотемпературное цианирование) Химико-термическая обработка, при которой происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом в интервалетемператур 800–950 °С Углеродоазотирование (низкотемпературное цианирование) Химико-термическая обработка, при которой происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя стали одновременно азотом и углеродом в интервале температуре 450–650 °С Сероуглеродоазотирование (сульфидирование или сульфоцианирование) Химико-термическая обработка, при которой происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя стали одновременно азотом, углеродом и серой Диффузионное насыщение металлами Химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали металлами, с целью измененияего состава, структуры свойств Алюминирование диффузионное (алитирование) Химико-термическая обработка, заключающаяся8 в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали алюминием при температуре 700–1100 °С Хромирование диффузионное Химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали хромом при температуре ∼900–1200 °С Цинкование диффузионное Химико-термическая обработка, при которой происходит в диффузионное насыщение поверхностного слоя стали цинком при температуре ∼300–550 и 700–1000 °С Силицирование Химико-термическая обработка, при которой происходит в диффузионное насыщение поверхностного слоя стали кремнием при температуре ∼800–1100 °С Титанирование Химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали титаном Хромоалюминирование Химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали одновременно хромом и алюминием при температуре ∼900–1200 °С Хромосилицирование Химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали одновременно хромом и кремнием при температуре ∼900–1200°С

51. Цементация. Азотирование, цианирование. Назначение. Режимы.Цементация — процесс поверхностного насыщения стали углеродом при температуре 900—950°С. Цементации подвергают малоуглеродистые и низколегированные стали (менее 0,2% например, стали 12ХНЗА, 18ХНВА и др.), реже легированные и высокоуглеродистые стали. Этот процесс с последующей термообработкой позволяет получить на деталях высокую поверхностную твердость (до НRСэ65), прочность и износоустойчивость при вязкой сердцевине. Оптимальное содержание углерода в цементированном слое 0,8...0,9%, но не более 1,2%. Толщина слоя 0,5... 2,0 мм. Цементацию проводят в газовой среде, в твердом карбюризаторе, жидкой среде и в различных пастах.В процессе цементации достигается лишь выгодное распределение углерода по глубине поверхностного слоя детали. Поэтому для получения высокой твердости и износоустойчивости поверхностного слоя при вязкой сердцевине детали после цементации подвергают закалке (850...900°С) и низкому отпуску (180...200°С). Цементированный слой детали после такой обработки имеет твердость НRCэ58...62, а сердцевина—порядка НRСэ 25...35. Жидкая цементация используется для упрочнения сталей на малую глубину, до 0,2 мм. Азотирование — насыщение поверхностного слоя стальных деталей азотом в среде аммиака или в смеси аммиака и азота при температуре 500...700°С. Продолжительность азотирования 20—80час. Глубина азотированного слоя составляет 0,1...0,5 мм, твердость НV650...1100. При этом содержание азота в поверхностном слое достигает 10...12%.Различают антикоррозионное и прочностное азотирование. Азотирование применяется для повышения твердости, износостойкости, сопротивления усталости и коррозионной стойкости деталей, работающих в атмосфере, воде, паре и т. д.Выбор температуры азотирования для стальных деталей определяется требованиями к глубине и твердости слоя. При высокой твердости и небольшой глубине слоя рекомендуется применять низкую температуру; при большой глубине и меньшей твердости применяется более высокая температура; при большой глубине и высокой твердости применяется двухступенчатый режим. Нитроцементация (цианирование) — процесс одновременного насыщения поверхностного слоя стальных деталей азотом и углеродом. Нитроцементацию различают газовую а жидкую. При нитроцементации поверхностный слой насыщают углеродом и азотом из смеси аммиака (2...6%) и науглероживающими газами (светильный, пропан и др.) или жидкостями (пиробензин, синтин, триэтаноламин и др.). При цианировании насыщение осуществляется из солевых расплавов, содержащих цианистые соли NaCN, Са(СN)2, являющиеся поставщиками активных атомов углерода и азота. Нитроцементацию подразделяют на низкотемпературную (500...600°С) и высокотемпературную (800...950°С). Толщина упрочненного слоя 0,15...0,5 мм.После цианирования (нитроцементации) детали подвергают закалке в масле или в воде и низкому отпуску при температуре 150…170°С в течение 5ч. Газовая нитроцементация конструкционных сталей обеспечивает твердость HRC 58.

52. Диффузионная металлизация. Назначение, режимы.Диффузионная металлизация — процесс поверхностного упрочнения стальных деталей путем диффузионного насыщения поверхностного слоя металлами — хромом (хромирование), алюминием (алитирование), кремнием (силицирование).Процессы диффузионной металлизации производятся аналогично цементации в твердом карбюризаторе.Диффузионной металлизации подвергают стальные детали и детали из цветных сплавов и из чугуна (алюминиевые цилиндры мотоциклетных двигателей, верхние поршневые кольца из чугуна) для повышения износостойкости, жаропрочности и повышения сопротивления коррозии.

53. Углеродистые конструкционные стали. Стали повышенной обрабатываемости резанием – автоматные стали. Маркировка, свойства и применение.Углеродистые стали подразделяют на три основные группы: стали углеродистые обыкновенного качества, качественные углеродистые стали и углеродистые стали специального назначения (автоматную, котельную и др.).Стали углеродистые обыкновенного качества (ГОСТ 380-71). Эти наиболее широко распространенные стали поставляют в виде проката в нормализованном состоянии и применяют в машиностроении, строительстве и в других отраслях народного хозяйства.Стали углеродистые качественные конструкционные (ГОСТ 1050-74). От сталей обыкновенного качества они отличаются меньшим содержанием серы, фосфора и других вредных примесей, более узкими пределами содержания углерода в каждой марке и в большинстве случаев более высоким содержанием кремния (Si) и марганца (Мп).(Автоматные стали)Эти стали маркируют буквой А (автоматная) и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Если автоматная сталь легирована свинцом, то обозначение марки начинается с сочетания букв «АС». Чтобы не проявлялась красноломкость, в сталях увеличено количество марганца. Добавление в автоматные стали свинца, селена и теллура позволяет в 2-3 раза сократить расход режущего инструмента. Улучшение обрабатываемости достигается модифицированием кальцием (вводится в жидкую сталь в виде силикокальция), который глобулизирует сульфидные включения, что положительно влияет на обрабатываемость, но не так активно, как сера и фосфор Сера образует большое количество сульфидов марганца, вытянутых в направлении прокатки. Сульфиды оказывают смазывающее действие, нарушая при этом сплошность металла. Фосфор повышает хрупкость феррита, облегчая отделение стружки металла во время процесса резания. Оба эти элемента способствуют уменьшению налипания на режущий инструмент и получению гладкой блестящей обрабатываемой поверхности. Однако необходимо помнить, что повышение содержания серы и фосфора снижает качество стали. Стали, содержащую серу, имеют ярко выраженную анизотропию механических свойств и пониженную коррозионную стойкость. В автоматных селено содержащих сталях повышается обрабатываемость за счет образования селенидов, сульфоселенидов, которые обволакивают твердые оксидные включения и тем самым устраняют их истирающее действие. Кроме того, селениды сохраняют глобулярную форму после обработки давлением, поэтому практически не вызывают анизотропии свойств и не ухудшают коррозионную стойкость стали, как сера. Применение этих сталей снижает расход инструмента в два раза и до 30 % повышает производительность.

54. Конструкционные строительные, цементуемые и улучшаемые стали.Конструкционные стали Стали, из которых изготовляют детали, узлы машин, механизмы, строительные конструкции, газо- и нефтепроводы, оружие и военную технику, обрабатывающие станки, экскаваторы, морские суда, бытовую технику и многое другое, называются конструкционными.Эти стали, в свою очередь подразделяют на несколько больших групп: улучшаемые конструкционные стали;цементуемые конструкционные стали;пружинно-рессорные стали;пружинно-рессорные стали;стали для подшипников качения;автоматные стали;строительные стали.. Улучшаемые конструкционные стали. Термин «улучшаемые» сформировался от способа термической обработки – «улучшение». Это значит, что свойства этих сталей (прочность, ударную вязкость, усталостную прочность) можно варьировать (улучшать) в широких пределах термической обработкой, заключающейся в закалке и последующем высоком или среднем отпуске.Это, как правило, среднеуглеродистые (0,25-0,6%С), малолегированные (£ 3% легирующих элементов в сумме) или среднелегированные (3-10% легирующих элементов) стали (табл.3).Данные углеродистые стали поставляются металлургической промышленностью в виде поковок (ГОСТ 8479-70); сортового проката (ГОСТ 19903-74); проволоки (ГОСТ 17305-71) и др.Упрочняющая термическая обработка осуществляется путем закалки и последующего высокого или среднего отпуска. При этом, если выбор температуры нагрева для углеродистых сталей определяют из диаграммы Fe-С, то для легированных сталей эта температура несколько выше, так как получение легированного аустенита при наличии элементов Cr, Mo, V идет при более высоких температурах. В этом случае пользуются справочными данными. Цементуемые конструкционные стали. Назначение этой группы сталей - обеспечивать в изделии высокую поверхностную твердость, износостойкость, высокую пластичность и ударную вязкость сердцевины изделия (шлицевые валы, шестерни, шнеки, червячные передачи и многое другое).Эти стали подразделяются на 2 группы: стали общего и специального назначения.К ним предъявляется достаточно широкий спектр требований, главные из которых - повышенный предел упругости и высокая усталостная прочность. Для сталей специального назначения предъявляются требования по коррозионным свойствам, теплостойкости, немагнитности, повышенным демпфирующим свойствам и др.

55. Высокопрочные стали. Износостойкая высокомарганцовистая сталь. Свойства, применение.Высокопро́чная ста́ль — сталь с пределом прочности не ниже 1800÷2000 МПа. Для достижения столь высокой конструктивной прочности сталь должна сочетать в себе высокую прочность и высокое сопротивление хрупкому разрушению .Высокомарганцовистую cталь Г13Л, содержащую 1,2% С и 13% Мn, применяют для изготовления железнодорожных крестовин, звеньев гусениц и т. п. Эта сталь обладает максимальной износостойкостью, когда имеет однофазную структуру аустенита, что обеспечивается закалкой (1000—1100°С) при охлаждении на воздухе. Закаленная сталь имеет низкую твердость (НВ 200), после сильного наклепа ее твердость повышается до НВ 600.

56. Пружинные и шарикоподшипниковые стали. Термообработка. Маркировка. Применение.Пружинная сталь — это низколегированный сплав, среднеуглеродистая или высокоуглеродистая сталь с очень большим пределом текучести. Это позволяет изделиям из пружинной стали возвращаться к исходной форме несмотря на значительный изгиб и скручивание.Большинство пружинных сталей (как те, что используются в автомобилях) закалены и отпущены до значения 45 по шкале C Роквелла. Шарикоподшипниковые стали характеризуются высоким содержанием углерода (около 1 %) и наличием хрома (ШХ9, ШХ15). Высокое содержание углерода и хрома после закалки обеспечивает структуру мартенсит плюс карбиды, высокую твердость, износостойкость, необходимую прокаливаемость. Дальнейшее увеличение прокаливаемости достигается дополнительным легированием марганцем, кремнием (ШХ15СГ).Повышены требования в отношении чистоты и равномерности распределения карбидов, в противном случае может произойти выкрашивание. Стали подвергаются строгому металлургическому контролю на наличие пористости, неметаллических включений, карбидной сетки, карбидной ликвации.Термическая обработка включает отжиг, закалку и отпуск. Отжиг проводят после ковки для снижения твердости и подготовки структуры к закалке. Температура закалки составляет 790…880 oС в зависимости от массивности деталей. Охлаждение – в масле (кольца, ролики), в водном растворе соды или соли (шарики). Отпуск стали проводят при температуре 150…170oС в течение 1…2 часов. Обеспечивается твердость 62…66 НRC.

57. Серый чугун. Структура, свойства, маркировка и применение.Серый чугун содержит углерод в связанном состоянии только частично (не более 0,5%). Остальной углерод находится в чугуне в свободном состоянии в виде графита. Графитовые включения делают цвет излома серым. Чем излом темнее, тем чугун мягче. Образование графита происходит в результате термической обработки белого чугуна, когда часть цементита распадается на мягкое пластичное железо и графит по реакции Fe3C~>--»-3Fe-[-C. В зависимости от преобладающей структуры различают серый чугун на перлитной, ферритной или ферритоперлитной основе.Свойства серого чугуна зависят от режима охлаждения и наличия некоторых примесей. Например, чем больше кремния, тем больше выделяется графита, а потому чугун делается мягче. Серый чугун имеет умеренную твердость и легко обрабатывается режущими инструментами. Серый чугун, применяемый в строительстве, должен иметь предел прочности при растяжении не менее 120 МПа, а предел прочности при изгибе 280 МПа.Из серого чугуна отливают элементы конструкций, хорошо работающие на сжатие: колонны, опорные подушки, башмаки, тюбинги, отопительные батареи, трубы водопроводные и канализационные, плиты для полов, станины и корпусные детали станков, головки и поршни двигателей, зубчатые колеса и другие детали.

Поиск по сайту: