- Ниобий улучшает кислотостойкость и способствует уменьшению коррозии в сварных конструкциях.
- Ванадий повышает твердость и прочность, измельчает зерно. Увеличивает плотность стали.
- Вольфрам образует в стали очень твердые соединения - карбиды, резко увеличивающие твердость и красностойкость стали. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве, способствует устранению хрупкости при отпуске.
- Титан повышает прочность и плотность стали, способствует измельчению зерна, улучшает обрабатываемость и сопротивление коррозии.
- Кобальт повышает жаропрочность, магнитные свойства, увеличивает сопротивление удару.
- Кремний в количестве свыше 1% оказывает особое влияние на свойства стали: содержание 1-1.5% Si увеличивает прочность, причем вязкость сохраняется. При большем содержании кремния увеличиваются электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, окалийность.
- Марганец при содержании свыше 1% увеличивает твердость, износоустойчивость, стойкость против ударных нагрузок, не уменьшая пластичности.
- Хром повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.
- Медь увеличивает антикоррозионные свойства.
- Цирконий позволяет получать сталь с заранее заданной зернистостью.
- Лантан, церий, неодим уменьшают пористость, способствуют уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество поверхности, измельчает зерно.
5) Классификация углеродистых сталей
Углеродистые стали классифицируют:
- по структуре;
- по способу получения;
- по степени раскисления;
- по качеству;
- по назначению.
По структуре углеродистые стали подразделяют на:
- доэвтектоидные (содержат менее 0,8% С);
- эвтектоидные (0,8% С);
- заэвтектоидные (С более 0,8%).
По способу получения углеродистые стали разделяют на:
- кислородно-конвертерные;
- мартеновские;
- электростали.
По степени раскисления углеродистые стали бывают:
- спокойные;
- полуспокойные;
- кипящие.
По качеству (качество определяется содержанием вредных примесей в стали) углеродистые стали разделяют на:
- стали обыкновенного качества;
- качественные стали
По назначению углеродистые стали разделяют на:
- конструкционные;
- инструментальные;
- специальные - стали с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами и др.
Маркировка углеродистых сталей:
1) Углеродистые стали обыкновенного качества
Стали содержат повышенное количество серы и фосфора.
Маркируются Ст.2кп., БСт.3кп, ВСт.3пс, ВСт.4сп.
Ст - индекс данной группы стали. Цифры от 0 до 6 - это условный номер марки стали. С увеличением номера марки возрастает прочность и снижается пластичность стали. По гарантиям при поставке существует три группы сталей: А, Б и В. Для сталей группы А при поставке гарантируются механические свойства, в обозначении индекс группы А не указывается. Для сталей группы Б гарантируется химический состав. Для сталей группы В при поставке гарантируются и механические свойства, и химический состав.
Индексы кп, пс, сп указывают степень раскисленности стали: кп - кипящая, пс - полуспокойная, сп - спокойная.
2) Качественные углеродистые стали
Качественные стали поставляют с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В). Степень раскисленности, в основном, спокойная.
- Конструкционные качественные углеродистые стали Маркируются двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента. Указывается степень раскисленности, если она отличается от спокойной. Например: Сталь 08 кп, сталь 10 пс, сталь 45. Содержание углерода, соответственно, 0,08 %, 0,10 %, 0.45 %.
- Инструментальные качественные углеродистые стали маркируются буквой У (углеродистая инструментальная сталь) и числом, указывающим содержание углерода в десятых долях процента. Например: Сталь У8, сталь У13. Содержание углерода, соответственно, 0,8 % и 1,3 %
- Инструментальные высококачественные углеродистые стали. Маркируются аналогично качественным инструментальным углеродистым сталям, только в конце марки ставят букву А, для обозначения высокого качества стали. Например Сталь У10А.
Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве. В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают:
Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава, чугуны подразделяют на:
1) серые - пластинчатая или червеобразная форма графита;
2) высокопрочные - шаровидный графит;
3) ковкие - хлопьевидный графит.
Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления дв при растяжении в Мпа*10. Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85).
СЧ10 - серый чугун с дв при растяжении 100 МПа;
ВЧ70 - высокопрочный чугун с дв при растяжении 700 МПа;
КЧ35 - ковкий чугун с дв при растяжением примерно 350 МПа.
Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ - антифрикционный чугун: С серый, В - высокопрочный, К - ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.
Задача
Опишите физическую сущность процесса возврата первого рода или отдыха.
Решение
При нагреве до сравнительно низких температур (обычно ниже 0,2 - 0,3 Тпл) происходит процесс возврата, под которым понимают снятие дальнодействующих напряжений и частично искажений кристаллической решетки (близкодействующих напряжений) в результате уменьшения плотности дефектов строения, однако при этом еще не наблюдается заметных изменений структуры, видимой в оптическом микроскопе, по сравнению с деформированным состоянием.
В процессе возврата различают две стадии. При более низких температурах (обычно ниже 0,2 - 0,3 Тпл) протекает первая стадия возврата - отдых, когда происходит уменьшение точечных дефектов и перераспределение дислокаций без образования новых так называемых субграниц.
Избыточные вакансии и межузельные атомы поглощаются дислокациями при перераспределении последних при нагреве. Кроме того, происходит сток вакансий к границам зерен, что определяет уменьшение их концентрации. Далее вакансии и межузельные атомы при встрече взаимно погашаются. В процессе отдыха частично устраняются и дислокации. Дислокации противоположных знаков притягиваются и аннигилируют.
Задание 4
Опишите процесс нормализация, по следующей схеме:
1) к какому типу обработки относится данный процесс;
2) назначение и классификация процесса, режимы и схемы заданного
Решение
1) Данный процесс относится к термическим типам обработки.
2) Нормализацией стали называется нагрев доэвтектоидной стали на 50 єС выше температуры полной аустенизации (Ас3), а эвтектоидной и заэвтектоидных сталей на 50 єС выше температуры аустенизации (Аст), минимально необходимой выдержке при данной температуре для завершения фазовых превращений и последующем охлаждении на воздухе. Температура Аст лежит на кривой Ас3 - Е, при этом для легированных заэвтектоидных сталей допускается и несколько более высокий нагрев).
Нормализация призвана менять микроструктуру стали, она выполняет следующее:
· снижает внутренние напряжения;
· посредством перекристаллизации измельчает крупнозернистую структуру сварных швов, отливок или поковок.
Цели нормализации могут быть совершенно разные. С помощью такого процесса твердость стали можно повысить или снизить, это же касается прочности материала и его ударной вязкости. Все зависит от механических и термических характеристик стали. С помощью данной технологии можно как сократить остаточные напряжения, так и улучшить степень обрабатываемости стали с помощью того или иного метода.
Нормализация вместе с отпуском нужна для замены закалки изделий сложной формы или же с резкими перепадами по сечению. Она позволит не допустить дефектов.
Еще эта технология применяется, чтобы улучшить структуру изделия перед закалкой, повысить его обрабатываемость посредством резки, устранить в заэвтектоидной стали сетку вторичного цемента, а также подготовить сталь к завершающей термической обработке.
Чтобы упростить определение процесса нормализации стали и облегчить нахождение оптимальных температур нагрева при проведении этого процесса рассмотрим сначала фазовое состояние сплавов системы железо - углерод, а именно область относящуюся к сталям. Химический состав и температура позволяют определить равновесный фазовый состав и структуру для стали любой из известных марок .
При нормализации сталь нагревают до температуры на 30 - 50° С выше линии GSE и охлаждают на воздухе. Ускоренное по сравнению с обычным отжигом охлаждение обусловливает несколько большее переохлаждение аустенита, поэтому при нормализации получается более тонкое строение эвтектоида (сорбит). Кроме того, при нормализации частично подавляется выделение избыточных фаз (феррита в доэвтектоидной стали и цементита в заэвтектоидной стали) и, следовательно, образуется квазиэвтектоид. В результате прочность стали после нормализации становится больше прочности после отжига.
Нормализацию применяют чаще всего в следующих случаях: как промежуточную операцию для смягчения стали перед обработкой резанием; для устранения пороков и общего улучшения структуры стали перед закалкой.
Таким образом, назначение нормализации как промежуточной операции аналогично назначению отжига. Но так как нормализация выгоднее отжига, то ее всегда следует предпочесть отжигу, если оба эти вида обработки дают одинаковые результаты.
Но нормализация как операция смягчения стали не всегда может заменить отжиг. Так как склонность аустенита к переохлаждению растет с увеличением содержания в нем углерода и легирующих элементов, то разница в свойствах после отжига и после нормализации будет существенно зависеть от состава стали, поэтому нормализацию широко применяют вместо смягчающего отжига для малоуглеродистых сталей, в которых аустенит слабо переохлаждается, но она не может применяться для смягчения высокоуглеродистых сталей, которые весьма ощутимо упрочняются при охлаждении на воздухе из-за значительного переохлаждения аустенита.
В заэвтектоидных сталях нормализация позволяет устранить грубую сетку вторичного цементита за счет того, что растворившийся при нагреве выше Асm цементит при последующем ускоренном охлаждении в процессе нормализации стали не успевает вновь образовать грубую сетку цементита. Это заметно улучшает свойства стали.
Режимы нормализации стали
Этот вид термообработки подразумевает:
· нагрев до температур аустенитного состояния, которые несколько ниже температуры закалки;
· непродолжительную выдержку при этой температуре;
· охлаждение на воздухе.
· Нормализацию используют и как окончательную термическую обработку средне- и высокоуглеродистых доэвтектоидных сталей, если требования к свойствам этих сталей умеренные и для них не обязательна закалка с высоким отпуском.
Для нормализации металла используют специальные печи для отжига и закалки. Иногда применяют установки с газовым нагревом. Такие системы имеют следующую комплектацию:
· герметичная камера, в которой находятся заготовки;
· нагревательные элементы (горелки) прямого или косвенного нагрева, предназначенные для повышения температуры в установке;
· запорно-регулирующие устройства;
· модули управления мощностью - импульсные, пропорциональные или комбинированные;
· термоизоляционная защита.
Нагревательная система в агрегатах с косвенным методом нагрева может быть устроена по разным принципам. В газовых печах нагрев чаще всего реализуют через воздушное пространство, при этом горелку помещают в центре камеры.
При нормализации деталь подвергается нагреванию до определенной температуры, некоторое время оставляют в ней и затем охлаждают. Какие показатели будут использоваться для нагрева, зависит от марки стали..
Значимую роль в нормализации металла играет его правильное охлаждение. При этом интенсивность играет немаловажное значение. Быстрое охлаждение приводит к увеличению прочности и твердости металла, тогда как при медленном, он теряет эти характеристики.
Чем меньше размер сечения, тем меньше время охлаждения и тем выше прочностные характеристики.
Правильно проведенная нормализация металла изменяет микроструктуру стальных сплавов.
Время выдержки зависит от толщины детали. Так было установлено, что для получения однородной структуры пластины в 25 мм потребуется 1 час.
Задание 5
Опишите заданный тип стали и область её применения, с обязательным приведением примеров таких сталей (2 - 3 примера), указывая химический состав сплавов и физико-механические характеристики (желательно использовать марочники сталей и сплавов), согласно варианту.