Стали. Термическая и термохимическая обработка сталей

Стали – они классифицируются по химическому составу:

Низкоуглеродистые, до 0,25% углерода

Среднеуглеродистые то 0,25 до 0,6% углерода

Высокоуглеродистые от 0,6% углерода

Низколегированные, содержащие легирующих элементов до 2,5%.

Среднелегированные, до 2,5-10%

Высоколегированные, свыше 10%

По назначению: Конструкционные и инструментальные, стали специального назначения (нержавеющие, жаропрочные, жаростойкие, износостойкие и тд.)

По качеству: определяется процентным содержанием вредных примесей:

Обыкновенного качества 0,06%

Фосфор 0,07%

Качественные: сера и фосфор по 0,035%; высококачественные: сера и фосфор по 0,025%; особо высококачественные: сера-0,015% фосфор-0,025%

По степени раскисления (раскисление – процесс удаления кислорода из жидкой стали с целью повышения пластичности и снижению хрупкости при горючей обработке давлением)

Стойкие стали хорошо раскалены марганцем, алюминием и кремнием в печи, поэтому затвердевают в изложницы без газовыделения. Кипящие стали раскисляются только магнием. При затвердевании кислород частично реагирует с углеродом и выделяется в виде пузырей окиси СО, они хорошо штампуются и применяются для изготовления кузовов автомобилей.

Углеродистые конструкционные стали.

Углеродистые стали обыкновенного качества:

Сm3cn –условный номер стали, чем выше число, тем выше содержание углерода. При этом повышается прочность и ниже пластичность.

n –спокойная, Kn-кипящая, nc-полуспокойная. Буква Г показывает на повышенное содержание марганца.

Углеродистые стали применяют для изготовления ало и средненагруженных деталей(болты, шпильки, рычаги, чайки, оси, валы и т.д.)

Стали углеродистые, качественные конструкционные с меньшим содержанием углерода и фосфора. Сталь 30 КП – обозначают содержание углерода в сотых долях %-та.

Стали конструкционные, однородистые специального назначения.

А) автолатные стали обрабатываются резанием, применяются для изготовления деталей массового производства.

Б) стали листовые, которые предназначены для изготовления котлов и сосудов, работающих под давлением. Эти стали хорошо свариваются и обозначаются 12К. К-котельная сталь.

Легированные конструкционные стали для повышения конструкционной прочности в них вводят различные легирующие элементы (кремний, магний, молибден, ванадий), стали обозначают (X, H Г, С,Ю,Ф,Д,К,М,В,Ц,Т,П)

Цифра, стоящая возле буквы указывает на содержание легирующих элементов в процентах в конце марки.

a –высококачественная

m –особовысококачественная

30ХГСН2А – сталь высококачественная, 0,030% углерода, 1% Cr,марганца и кремния и до 2% никеля.

Углеродистые инструментальные стали применяют для изготовления режущего инструмента, измерительного инструмента и штампов.

Маркируют – У13

Цифра указывает на содержание углерода в десятых долях процента.

Легирующие инструментальные стали с повышенным содержанием хрома 9кс

Высоколегированные инструментальные стали с большим содержанием вольфрама до 18% называются быстрорежущими.

Например: Р10 К5 Ф5

Р - быстрорежущие стали. Применяются для изготовления инструмента с повышенной твёрдостью. Износостойкие стали применяются для изготовления шариков подшипников, поршневых колец, поршней, коленчатых валов и других фасонных отливок, работающих в условиях трения. Для этого их графитизируют, т.е. насыщают углеродом до 1,5-2% и легируют хромом до 2%. Графит в такой стали является смазкой.

Стали и сплавы с особыми физическими свойствами.

Магнитные стали сплавы.

В сталь добавляют кобальт и никель – это электротехническое железо и пермолон. Также ферриты – это магнитные материалы, получающиеся спеканием смеси Парашков магнитной окиси железа Fe₂O₃ и окислов двухвалентных металлов, т.е. ZnO. Используются в аппаратуре высокой частоты. Сплавы с повышенным электросопротивлением железо-хромо-алюминиевые сплавы. Х13 Ю10. называются они никилиевым нихромом.

Сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения: содержат повышенное количество никеля. Сплавы с заданными упругими свойствами, например, 40 КХ нм –обладают высокопрочными упругими свойствами, применяют для изготовления витых пружин.

Отжиг и нормализация стали.

Отжиг – процесс термической обработки, состоящий в нагреве стали до определённой температуры, выдержки и последующем охлаждении.

Сущ. скорость охлаждения

Сущ. диффузионный отжиг (Д₀) упрощённая диаграмма. Железо-цементит.

Д_о применяют для снижения химической неоднородности стальных слитков и фасонных слитков.

Полный отжиг и закалка (ПОn3) применяют после горячей обработки наковок давлением с целью измельчения зерна и снятию внутренних напряжений.

Неполный отжиг (НО) применяется для снятия внутренних напряжений, снижения твёрдости, повышения пластичности и улучшения обработки резанием.

Рекристализационный отжиг. Применяют его для снятия наклепа, вызванного пластичной деформацией металла, при холодной прокатке и волочении.

Нормализация (Н) – нагрев стали на 30-50⁰ выше линии превращений, выдержки и охлаждения на воздухе. Нормализация – более короткий процесс термической обработки по сравнению с отжигом. Она снижает внутреннее напряжение, измельчает зерно и улучшает обрабатываемость стали резанием.

Закалка – процесс термической обработки, нагревают, выдерживают и резко охлаждают в характеной среде. Закаливаемость стали зависит от процентного содержания углерода. Чем выше процентное содержание углерода, тем выше прокаливаемость. Цель закалки – повысить прочность и твёрдость, снизить пластичность конструкционных и инструментальных сталей.

Отпуск – окончательный процесс термической обработки, медленное охлаждение на воздухе или вместе с печкой. Цель – снизить твёрдость, прочность, повысить пластичность. Различают низкий (НО), средний (СО) и высокий отпуск(ВО). НО применяют для инструментальных сталей, СО – применяют для пружин, рессор и инструмента. ВО – для получения наилучшего сочетания упругости, прочности при достаточной вязкости.

После закалки надо провести отпуск с целью снятия внутреннего напряжения. При отжиге и нормализации происходит: окисление, обезуглероживание и перегрев.

Окисление образуется в пламенных печах за счёт взаимодействия деталей с печными газами. Окисление увеличивается с повышением температуры и времени выдержки. В результате происходит потеря металла и при том же давлении окалину удаляют травлением в растворе серной кислоты, очисткой в дробеструйных установках или голтовкой.

Обезуглероживание – выгорание углерода с поверхности детали, в результате возможно образование закалочных трещин и коробления. Для предотвращения деталей от окисления и обезуглероживание в рабочее пространство печи вводят защитные газы. Перегрев сталей ведёт к быстрому росту зёрен, из-за чего снижается пластичность стали и образование трещин. Перегрев исправляется повторным отжигом или нормализацией.

Пережог – результат длительного пребывания металла в печи в температуре, близкой к температуре плавления, в результате чего металл теряет пластичность и становится хрупким.

Пережог является неисправимым браком. При закалке могут появляться следующие дефекты: деформация, коробление, обезуглероживание, трещины, мягкие пятна, низкая твёрдость.

Закалочные трещины – неисправный брак, вызванный высоким внутренним напряжением. Для исключения этого дефекта применяют закалку в масле до температуры 150-200⁰С и организовывают последующий отпуск.

Деформация и коробление – результат неравномерного нагрева и охлаждения по сечению и длине детали.

Детали, имеющие толстые и тонкие части погружают в закалённую среду сначала толстой частью, а длинные детали опускают строго вертикально, диски, срезы и другие плоские детали опускают рёбрами.

Мягкие пятна – участки на поверхности детали с низкой твёрдостью. Образуются при закалке в местах наличия окалины, следов затвердений и на участках с обуглероженной поверхностью.

Причинами низкой твёрдости могут быть:

Недостаточно быстрое охлаждение, низкая температура закалки, недостаточная выдержка времени при закалке. При повторной закалке деталь следует подвергнуть отжигу для измельчения зерна.

Химико-термическая обработка и поверхностное упрочнение стали.

Химико-термическая обработка (ХТО) – процесс химико-термического воздействия на поверхностный слой стали с целью повышения её твёрдости, износостойкости, коррозийной стойкости, кислотной устойчивости, жаропрочности и других свойств.

ХТО основана на диффузии атомов различных химических элементов. Кристаллическую решётку железа при нагреве в среде, содержащей эти элементы. Сюда относят цементацию, т.е. насыщение углеродом,, цианирование – насыщение углеродом и азотом, борирование и т.д. цементация применяется для низкоуглеродистых сталей, предназначено для придания поверхности слоя высокой твёрдости, износостойкости, пределу выносливости, при изгибе и кручении.

Азотирование – подвергают легированные стали для тех же целей.

Нитроцементация – процесс ХТО в газовой среде азота и углерода, цели те же.

Более эффективный процесс цианирования. Борирование применяют для низко и среднеуглеродистых сталей. Цель та же, особенно повышается износостойкость в абразивных средах. Применяется для изготовления деталей, нефтяных насосов, трубок, штампов и т.д.

Алитирование – насыщение алюминием.

Применяют для повышения жаростойкости углеродистых сталей, концентрация алюминия в поверхностном слое доводится до 30%.

Толщина слоя от 0,2 до 1 мм.

Хлорирование – повышает окалиностойкость и износостойкость в агрессивных средах.

Диффузионная металлизация – насыщение поверхности стали различными металлами, при этом образуются твёрдые растворы замещения. Осуществляются твёрдой, жидкой или газовой диффузионной металлизацией при температурах от 700 до 1400⁰С. Поверхностное упрочнение стали, закалка, цель та же. Применяют газоплазменную закалку. Закалку с индукционным нагревом токами высокой частоты. Закалка в электролитической газопламенной горелке, нагрев в ацетилено-кислородным пламенем и последующее быстрое охлаждение.

Применение тока высокой частоты – это более прогрессивный способ, не даёт окисления и образования окалин. Отсутствует выгорание других элементов.

Закалка в электролитах. Берём 5 -10% кальцион. Соды, пропускаем постоянный электрический ток, деталь подключаем к катоду. Закалка осуществляется в этом же электролите путём отключения электрического тока. Используется для закалки стержней, клапанов двигателей.

Упрочнение пластического деформирования осуществляется обкатыванием поверхности изделия роликами или ударами шариков дробью.

Наклёп поверхностного слоя на глубину 0,2 -0,4 мм, применяется для повышения усталостной прочности детали, например: витых пружин автомобиля, коленчатых валов, при этом усталостная прочность повышается в 30 -60 раз.

Особенности термической обработки легированных сталей. В зависимости от применяемых легируемых элементов, температура нагрева при термической обработке может быть ниже или выше чем у нелегированных сталей. При использовании меди, вольфрама, ванадия, кремния – температура ниже на 30 – 50⁰С. Для легированных сталей требуется большее время выдержки чтобы обеспечить полное растворение легированных карбидов в аустените. Легированные стали обычно закаливают в масле. Высоколегированные стали проявляют способность к самозакаливанию. Легированная сталь обладает большей прокаливаемостью, чем углеродистая.

Быстрорежущие стали – основной легирующий элемент – вольфрам, режущая способность при высоких температурах, используют кобальт, ванадий. Брак в количестве 4% предаёт стали самозакаливающее свойство, т.е. сталь закаливается на воздухе.

Поиск по сайту: