Стали и чугуны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расшифровать марки: КЧ 60-3, 9ХС, 10 сп, 14Г2АФ, БСт4, СЧ-45

КЧ 60-3 - ковкий чугун с временным сопротивлением при растяжении 600 МПа и относительным удлинением 3%.

9ХС - сталь инструментальная легированная с содержанием углерода 0,9%; содержанием хрома до 1,5%; содержанием кремния до 1,5%.

10 сп - сталь углеродистая качественная конструкционная, низкоуглеродистая с содержанием углерода 0,1%, спокойная по степени раскисления.

14Г2АФ - сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций с содержанием углерода 0,14%; марганца до 2%; азота и ванадия до 1,5%.

БСт4 - сталь углеродистая обыкновенного качества с содержанием углерода 0,4%, группы Б (поставка по химическому составу).

СЧ-45 - серый чугун с временным сопротивлением при растяжении 450 МПа.

2. Заполнить таблицу (по справочнику):

3. Заполнить таблицу:

*Для стали группы Б гарантированной характеристикой является химический состав.

4. Нарисовать диаграмму Fe - Fe₃C. Списать что такое феррит, аустенит, цементит, ледебурит, перлит

Фазовое состояние железоуглеродистых сплавов в зависимости от состава и температуры описывается диаграммами стабильного (Fe - C) и метастабильного (Fe - Fe₃C) равновесия, которые позволяют определить температурные интервалы деформации, литья и ряда процессов термической обработки.

Различают три твердых раствора углерода в железе: б-раствор (феррит), г-раствор (аустенит), и д-раствор (д-феррит).

Феррит - твердый раствор углерода и других элементов в б-железе. Различают высокотемпературный феррит, обозначаемый д-феррит и низкотемпературный б - феррит. Кристаллическая решетка ОЦК. Твердость по Бринеллю: 80 НВ.

Аустенит - твердый раствор углерода и других элементов в г-железе. Кристаллическая решетка ГЦК. Твердость по Бринеллю: 170-200 НВ.

Цементит - карбид железа Fe₃C. В присутствии примесей образуется легированный цементит, например (FeMn)₃C. Кристаллическая решетка орторомбическая. Твердость по Бринеллю: 850-1000 НВ.

Ледебурит - эвтектическая структура, состоящая из аустенита (после охлаждения до t<A₁ - перлита) и цементита.

Перлит - эвтектоидная или квазиэвтектоидная структура, состоящая из феррита и цементита, имеющих пластинчатую форму. Во многих случаях получают зернистый перлит, когда зерна цементита расположены в ферритной матрице.

5. Термообработка: виды, операция отпуск (подробно)

Основные виды термической обработки, изменяющие структуру и свойства стали и применяемые в зависимости от требований к полуфабрикатам и готовым изделиям, следующие: отжиг; нормализация; закалка; отпуск и старение.

Отжиг, цель которого - приблизить фазовое и напряженное состояние стали к равновесному, обычно разделяют на отжиг I и II рода.

Отжиг I рода включает в себя процессы гомогенизации, рекристаллизации и снятия остаточных напряжений. Характерная особенность этого вида отжига-то, что указанные процессы происходят независимо от того, имеются ли при этой обработке фазовые превращения или нет.

Отжиг II рода (фазовая перекристаллизация) бывает нескольких разновидностей: полный, неполный, изотермический и сфероидизирующий. При отжиге II рода конечное структурное состояние и свойства стали определяют происходящие в процессе их проведения фазовые превращения.

Разновидностями отжига II рода являются также такие процессы, как нормализация и одинарная термическая обработка.

Закалку применяют для упрочнения стали, что ведет к образованию неравновесных структур (аустенита, мартенсита, бейнита и т.д.). В зависимости от нагреваемого объема закалку обычно разделяют на объемную и поверхностную.

В зависимости от метода охлаждения, принятого при закалке, различают закалку непрерывную, прерывистую, ступенчатую, изотермическую и закалку с самоотпуском.

Отпуску подвергают закаленную сталь для перевода неравновесной структуры в более равновесную, обеспечивающую заданный комплекс свойств. В зависимости от температуры нагрева различают отпуск высокий, средний и низкий. К отпуску следует отнести и процесс старения. Под старением применительно к стали следует понимать нагревы незакаленной стали, находящейся в неравновесном состоянии, для получения более стабильного состояния. Старение может быть термическим и деформационным.

Отпуск - одна из важнейших технологических операций термической обработки стали.

Мартенсит и остаточный аустенит - метастабильные фазы - и при длительной выдержке даже при комнатной температуре претерпевают распад. Повышение температуры резко ускоряет распад этих фаз и приводит к образованию ферритно-карбидной структуры. Превращения, протекающие при отпуске, а также снятие остаточных напряжений существенно изменяют свойства стали. В зависимости от требуемых свойств назначают следующие виды отпуска.

Низкий отпуск. В интервале температур до 350°С происходит распад мартенсита с выделением из него карбидов. В результате распада мартенсита образуется отпущенный мартенсит, представляющий собой обедненный углеродом мартенсит и частицы карбидов цементитного типа. При отпуске многих легированных и конструкционных, а также высокоуглеродистых сталей, имеющих повышенное количество остаточного аустенита, при температуре 200-300°С происходит его распад. В результате этого превращения остаточного аустенита в бейнит образуются те же фазы, что и при отпуске мартенсита при той же температуре, но структурное состояние этих фаз не такое, как у фаз, получаемых при превращении мартенсита.

Распад мартенсита при низком отпуске (150-250°С) углеродистых и легированных сталей уменьшает их склонность к хрупкому разрушению.

Низкотемпературный отпуск проводят в электропечах с принудительной циркуляцией воздуха, в масляных ваннах и в расплавленных солях. Жидкие среды обеспечивают быстрый и равномерный нагрев и более точное регулирование температуры.

Средний отпуск (300-500°С). После такого отпуска структура стали состоит из тонкой смеси феррита и цементита, имеющих форму, приближающуюся к сфероидальной. Такую структуру называют троостит отпуска.

Средний отпуск (350-400°С) средне- и высокоуглеродистых сталей обеспечивает высокие предел упругости, предел выносливости и большую релаксационную стойкость. Поэтому этот вид отпуска используют после закалки пружин. Температуру отпуска пружин из углеродистой стали в зависимости от требуемого предела прочности, предела упругости и вязкости обычно принимают равной 350-400°С.

Более высокие температуры отпуска наряду с повышенными упругими свойствами обеспечивают лучшие пластичность и вязкость и меньшую склонность к хрупкому разрушению.

Длительность отпуска устанавливают исходя из требований к механическим и упругим свойствам.

Охлаждение после отпуска при 400-450°С иногда проводят в воде, что способствует образованию на поверхности полезных сжимающих остаточных напряжений. Это увеличивает ограниченную долговечность и предел выносливости пружин.

Высокий отпуск (500-680°С). Повышение температуры отпуска выше 500°С в углеродистых и многих легированных сталях не ведет к изменению фазового состава по сравнению с составом после среднего отпуска. Однако с повышением температуры изменяется структура; происходит процесс коагуляции и сфероидизации карбидов и изменение субструктуры б-фазы. После высокого отпуска возникает структура, называемая сорбитом отпуска.

Как следствие процесса коагуляции карбидной фазы твердость, сопротивление отрыву, предел прочности, текучести и упругости понижаются, а пластичность и вязкость повышаются.

Закалка с высоким отпуском - термическое улучшение, применяемое главным образом для конструкционных сталей, позволяет получить высокие механические свойства - сочетание хорошей прочности с пластичностью. Улучшение значительно повышает конструкционную прочность стали, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений, увеличивая работу для пластической деформации при движении трещины и снижая температуру верхнего и нижнего порога хладноломкости.

Отпуск при 550-600°С в течении 1-2 ч почти полностью снимает остаточные напряжения, возникшие при закалке.

Следует учитывать, что отпуск может вызвать новые напряжения, если нагрев и особенно охлаждение были быстрыми. Поэтому режимы нагрева и охлаждения при отпуске регламентируют.

6. Используя справочник подобрать режимы закалки и вид отпуска (с указанием температуры отпуска) для следующих изделий: зубило сечением 6 мм из стали У8

Режимы закалки:

· t° закалки: 780 - 800°С.

· время выдержки: 5-8 мин (нагрев в печи).

· среда охлаждения: вода.

Вид отпуска: низкий

t° отпуска: 150 - 170°С

7. ВК10-ОМ, Л80, БРА7, ВТ14, Д1, АМГ3

ВК10-ОМ - твердый сплав, вольфрамовый. Карбид вольфрама, содержит 10% кобальта. Группа ОМ - сплав мелкозернистый. Применяется для изготовления пластин для режущего инструмента, для получистовой и черновой обработки. Группа ОМ предназначена для обработки деталей из нержавеющей, жаропрочной и другой труднообрабатываемой стали.

Л80 - латунь, с содержанием меди 80%. Применяется для змеевиков, сильфонов, деталей теплотехнической и химической аппаратуры; для деталей машин и приборов.

БРА7 - алюминиевая бронза, с содержанием алюминия 7%. Применяется для пружин, мембран, сильфонов.

ВТ14 - титановый сплав. В пищевой промышленности: котлы, холодильники; в авиастроении: каркас и обшивка самолетов; применяется также в приборостроении, криогенной технике.

Д1 - алюминиевый деформируемый сплав (дуралюмин). Конструкционный сплав на основе системы Al-Cu-Mg. Широко применяется во всех отраслях народного хозяйства, особенно в авиации.

АМГ3 - алюминиевый сплав на основе системы Al-Mg (магналий), с содержанием магния 3%. Широко применяется в промышленности для изготовления сварных, мало- и средненагруженных конструкций, сварных емкостей, масло и бензопроводов.

8. Сверхтвердые материалы (СТМ): алмаз, кубический нитрид бора

сталь аустенит сверхтвердый закалка

В России выпускаются две группы поликристаллических сверхтвердых материалов: 1) на основе нитрида бора (эльбор-Р, исмит, компазит-Р и др.); 2) на основе искусственных алмазов (карбонадо, баллас), из которых изготовляют резцы различных типов и другой инструмент. Указанные группы материалов отличаются по химическому составу и физико-механическим свойствам, и каждая из них имеет свою область применения. По твердости карбонадо и баллас несколько превосходят материалы из нитрида бора, но значительно уступают им в теплостойкости.

Поликристаллы на основе алмазов (углерода), химически активны к наиболее распространенным машиностроительным материалам - черным металлам, а эльбор и его модификации инертны к ним. Это различие в основном и определяет области использования сверхтвердых инструментальных материалов: поликристаллы алмазов применяются для обработки цветных металлов, стеклопластиков, твердых сплавов, титановых сплавов и некоторых других материалов, а инструменты из поликристаллов нитрида бора используются главным образом для обработки закаленных сталей и чугуна.

В настоящее время промышленность освоила серийный выпуск резцов и другого лезвийного режущего инструмента из различных модификаций поликристаллического нитрида бора (ПНБ), отличающихся технологией изготовления и эксплуатационными качествами. Поликристаллический нитрид бора получают в основном методом синтеза из гексагональной и других модификаций нитрида бора или спеканием порошков готовых продуктов кубического нитрида бора.

Эльбор-Р - чистовая и тонкая обработка гладких поверхностей закаленных сталей, чугунов, цветных металлов. Применяется для обработки прецизионных деталей и инструментов.

ПТНБ - для тех же целей, что и эльбор-Р, а также для обработки прерывистых поверхностей.

Композит - некоторые марки допускают обработку с ударом. Используется на токарных, координатно-расточных и других станках для получистовой и чистовой обработки высокоточных деталей из сталей и чугунов.

Гексанит-Р - получистовая и чистовая обработка закаленных сталей, чугунов и цветных металлов с гладкими и прерывистыми поверхностями.

КНБ - для тех же целей, что и эльбор-Р.

Исмит-1 (2,3) - обработка закаленных сталей и чугунов. Исмит-2 обладает высокой стойкостью при точении с ударом.

Карбонадо - обработка стеклопластиков, пластмасс, твердых сплавов, высокопористых алюминиевых сплавов, цветных металлов, титановых сплавов.

Баллас - волочение вольфрамовой, молибденовой и стальной латунированной проволоки.

9. По методу изготовления различают стали литые, кованые и катаные

По химическому составу различают стали: низкоуглеродистую- с содержанием углерода до 0,25%, среднеуглеродистую - с содержанием углерода от 0,25 до 0,6%, высокоуглеродистую - с содержанием углерода свыше 0,6%, легированную (специальную).

По назначению и применению различают машиностроительную (конструкционную) и инструментальную стали.

Таким образом, по приведенной классификации сталь может именоваться так: углеродистая машиностроительная горячекатаная мартеновская кипящая сталь.

Углеродистая сталь. По ГОСТ 380-57 выпускается углеродистая горячекатаная сталь обыкновенного и повышенного качества. Выплавляется она мартеновским или бессемеровским (конверторным) способом (лист и широкополосная сталь, фасонный и сортовой прокат - трубы, проволока, ленты). Эта сталь в зависимости от назначения и гарантируемых характеристик подразделяется на три группы.

Группа I - сталь, поставляемая по механическим свойствам (т.е. гарантируется определенный предел прочности, относительное удлинение иг. п.).

К этой группе относятся стали следующих марок: бессемеровская-марок' БСт.О, БСт. Зкп, БСт.З, БСт.4 кп, БСт.4, БСт.5, БСт.6; мартеновская - марок Ст. 0, Ст. 1, Ст. 2, Ст. Зкп, Ст.З, Ст. 4, Ст. 4а, Ст. 5, Ст. 6, Ст. 7.

Группа II - сталь, поставляемая по химическому составу (т.е. завод-изготовитель поставляет сталь с определенным химическим составом).

К этой группе относятся следующие стали: бессемеровская - марок Б09кп, Б09, Б16кп, Б16, Б23, БЗЗ; мартеновская - марок МОЭкп, М12кп, М18кп, Ml8, М21, М26, М31, М44, М56.

Группа III - сталь повышенного качества, у которой гарантируются одновременно определенный химический состав и определенные механические свойства.

К этой группе относится только мартеновская сталь следующих марок: М09, Ml2, Ml6, Ml8а, М21а, М26а, М31а, М44а, М56а.

В марках стали II и III групп цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, дополнительный индекс «кп» в стали группы I и II - кипящая сталь. Сталь I и II групп может поставляться в полуспокойном состоянии с содержанием кремния 0,06-0,15°/0. В этом случае к обозначению марки стали в конце добавляется индекс «пс», например М18пс.

В стали, предназначенной для сварных конструкций, содержание кремния должно быть в пределах от 0,12 до 0,25%. Поэтому в заказе на поставку стали всегда имеется указание, что эта сталь предназначается для сварных конструкций. Способ производства обозначается так: буквой Б - бессемеровский, М - мартеновский. Например, маркировка БСт.5 обозначает бессемеровскую сталь обыкновенного качества.

По ГОСТ 1050-57 выпускается углеродистая качественная машиностроительная горячекатаная и кованая сортовая сталь размером до 250 мм, выплавляемая в мартеновских или электрических печах.

В зависимости от химического состава сталь подразделяется на

две группы:

группа 1 - сталь с нормальным содержанием марганца (марки - 08 кп, 08, Юкп, 10, 15 кп, 15, 20 кп, 20, 25, 30, 35 и т.д. до 85);

группа II - сталь с повышенным содержанием марганца (марки - 15Г, 20Г, ЗОГ, 40Г, 45Г, 50Г, 60Г, 65Г, 70Г, 10Г2, 15Г2, 20Г2, 30Г2, 35Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г2).

В марке стали двухзначные цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буква Г - повышенное содержание марганца, цифра после буквы Г - приблизительное содержание марганца в процентах.

Список литературы

сталь аустенит сверхтвердый закалка

1. Авиационное материаловедение / Бакастов С.С., Маркелов П.П. - М.: Военное издательство НКО СССР, 1941. - 230 с.

2. Анализ новых металлов / Элвелл В.Т., Вуд Д.Ф. - М.: Химия, 1970. - 222 с.

3. Введение в физическое металловедение / Юм-Розери В. - М.: Металлургия, 1965. - 204 с.

4. Выбор марки стали и режима термической обработки деталей машин / В.Г. Ушаков, В.И. Филатов, Х.М. Ибрагимов; Челябинск: ЮУрГУ, 2001. - 23 с.

Размещено на Allbest.ru