Электрические и конструкционные материалы

Анодная защита может осуществляться несколькими способами. Простое наложение постоянной э.д.с. от постороннего источника электрической энергии. Положительный полюс подключается к защищаемому изделию, а около его поверхности помещают катоды сравнительно малого размера. Они размещаются в таком количестве и на таком расстоянии от защищаемой поверхности, чтобы обеспечить по возможности равномерную анодную поляризацию изделия. Таким способом можно защищать изделия из титана или циркония в серной кислоте. Нужно только помнить, что для пассивации сначала потребуется пропускание тока большей силы. Для начального периода целесообразно иметь дополнительный источник энергии. Следует учитывать также большую поляризацию катодов, плотность тока на которых велика вследствие их малых размеров. Однако, если область пассивного состояния велика, то изменение потенциала катода даже на несколько десятых вольта не представляет опасности.

В настоящее время уже имеется ряд установок для анодной защиты, осуществленных в промышленном масштабе. Защищаются изделия и из обычной углеродистой стали. При анодной защите не только увеличивается срок службы аппаратуры, но также уменьшается загрязнение агрессивной среды продуктами коррозии. Однако, использование анодной защиты связано со значительными трудностями. В то время как катодная защита может употребляться для защиты многих металлов, погруженных в любую электропроводящую среду, например твердую или жидкую, анодная защита применяется только для защиты целых секций химических установок, которые изготовлены из металла, способного пассивироваться в рабочей среде. Именно это и ограничивает ее применение. Кроме того, анодная защита потенциально опасна, поскольку при перерывах подачи тока без немедленного восстановления защиты на рассматриваемом участке начнется очень быстрое растворение, так как разрыв в пленке образует путь с низким сопротивлением в условиях анодной поляризации металла.

Использование анодной защиты требует тщательного проектирования химической установки. Последняя должна иметь такую систему контроля, чтобы любая потеря защиты немедленно привлекала внимание оператора. Для этого может быть достаточным только локальное повышение анодного тока, однако в наихудшем случае может потребоваться немедленное опорожнение всей установки.

Анодная защита не обеспечивает стойкости в присутствии агрессивных ионов. Так, хлоридные ионы разрушают пассивную пленку, а потому их концентрация должна поддерживаться низкой, за исключением защиты титана, который может пассивироваться в хлористоводородной кислоте. В условиях анодной защиты имеет место хорошая рассеивающая способность электролитов и поэтому для поддержания ее установленной защиты требуется сравнительно небольшое количество электродов.

Анодная защита потребляет очень мало энергии и может применяться для защиты обычных конструкционных металлов, способных пассивироваться, например углеродистой и нержавеющей стали, во многих средах. Эта защита легко подвергается контролю и измерениям и не требует дорогостоящей обработки поверхности металла, так как использует самопроизвольный эффект реакции между стенками емкостей и их содержимым.

Защита металлов, основанная на изменение их свойств, осуществляется или специальной обработкой их поверхности, или легированием. Обработка поверхности металла с целью уменьшения коррозии проводится одним из следующих способов: покрытием металла поверхностными пассивирующими пленками из его трудно растворимых соединений (окислы, фосфаты, сульфаты, вольфраматы или их комбинации), созданием защитных слоев из смазок, битумов, красок, эмалей и т.п. и нанесением покрытий из других металлов, более стойких в данных конкретных условиях, чем защищаемый металл (лужение, цинкование, меднение, никелирование, хромирование, свинцование, родирование и т.д.).

Примером повышения коррозийной стойкости металла легированием являются сплавы меди с золотом. Для надежной защиты меди необходимо добавлять к ней незначительное количество золота. Атомы золота механически защищают атомы меди от их взаимодействия с окружающей средой. Введение хрома в количестве нескольких процентов резко увеличивает коррозионную стойкость сталей.

Вопрос № - 79. В чём сущность пайки? Её принципиальное отличие от сварки. Достоинства пайки. Характерные особенности пайки черных и цветных металлов. +

Ответ.

Пайкой называется технологический процесс соединения металлических заготовок без их расплавления, посредством введения между ними расплавленного промежуточного металла-припоя. Припой имеет температуру плавления более низкую, чем температура плавления соединяемых металлов, и заполняет зазор между соединяемыми поверхностями за счет действия капиллярных сил. При охлаждении припой кристаллизуется и образует прочную связь между заготовками. В процессе пайки наряду с нагревом необходимо удаление окисных пленок с поверхности паяемых металлов.

Образование соединения без расплавления кромок обеспечивает возможность распая, т. е. разъединения паяемых заготовок без нарушения исходных размеров и формы элементов конструкции.

Качество паяного шва во многом зависит от прочности связи припоя с металлом основы. В результате смачивания твердой металлической поверхности между припоем и основным металлом возникает межатомная связь.

Отличие пайки от сварки состоит в том, что в момент сварки плавятся соединяемые концы деталей (изделий), а при пайке расплавляется только припой. В пайке делаются преимущественно швы внахлестку, что приводит к увеличению расхода металла. Прочность соединения зависит от величины нахлеста. Выделяют два вида пайки: низкотемпературную (используется припой с температурой плавления ниже 550 °С) и высокотемпературную (температура плавления припоя выше 550 °С). В первом случае работа осуществляется электропаяльниками и газовоздушными горелками, во втором -- горелками, работающими на смеси ацетилена с бутаном или пропана с кислородом. Низкотемпературная пайка предполагает использование оловянисто-свинцовых припоев, высокотемпературная -- медно-фосфористых (для меди, латуни, бронзы), медно-цинковых (для никеля, стали, чугуна) и серебряных (для черных и цветных металлов, кроме алюминия и цинка). В любой пайке применяются флюсы (канифоль, флюсы с хлоридами металлов, флюсы на основе буры, с щелочными металлами, порошкообразные и др.).Процесс пайки состоит из следующих этапов: предварительная очистка деталей, их лужение, соединение деталей (между ними должно быть расстояние 1-2 мм), обработка флюсом, пайка. Соединенные детали должны остывать естественным путем.

Достоинства пайки:

o Позволяет соединять металлы в любом сочетании;

o Соединение возможно при любой начальной температуре паяемого металла;

o Возможно соединение металлов с неметаллами;

o Паяные соединения легко разъёмные;

o Более точно выдерживается форма и размеры изделия, так как основной металл не расплавляется;

o Позволяет получать соединения без значительных внутренних напряжений и без коробления изделия;

o Повышенная производительность процесса позволяет паять за один приём большое количество изделий;

o Культура производства; возможна полная механизация и автоматизация.

В паяльных работах используются низкотемпературные и высокотемпературные пайки.

Низкотемпературная пайка осуществляется с использовавшем припоев с температурой плавления ниже 550 °С, а высокотемпературная предусматривает применение припоев с температурой плавления свыше 550 С. Низкотемпературную пайку можно осуществлять электрическими паяльниками или газовыми горелками, а высокотемпературную -- горелками, которые работают на кислородно-пропановой или ацетилен-бутановой смеси. При пайке крупногабаритных изделий можно применять многопламенные горелки.

Технология процесса пайки.

При низкотемпературной пайке, сначала соединяемые детали надо хорошо очистить. Затем эти детали надо подвергнуть процессу лужения. После этого детали соединяются вместе, но с тем расчетом, чтобы между ними оставался небольшой зазор -- 1--2 мм. На поверхность в месте будущего соединения наносится флюс. Затем горелкой расплавляется припой, который должен затекать в зазор и заполнить поверхность деталей вокруг зазора.

Последовательность операций при высокотемпературной пайке имеет свои особенности. Очистка деталей и их лужение происходят по той же схеме. Затем детали обязательно закрепляются с соблюдением требуемого зазора и нахлеста. Затем детали нагреваются факелом пламени. Нагревание происходит в зоне 25--30 мм от центра спайки. Больше нагревать всегда надо детали, имеющие большую (по сравнению с другой соединяемой деталью) толщину и теплопроводность. Когда место спая нагрето факелом горелки до температуры растекания припоя, нанести флюс. Припой после этого разогреть и тоже окунуть во флюс. Когда флюс на припое расплавился, ввести припой в место спая и расплавлять его путем касания разогретых ранее деталей, но ни в коем случае не плавить припой в пламени горелки.

Высокотемпературная пайка производится газовым пламенем нормального состава. Возможен небольшой избыток горючего. Удельная мощность пламени (по ацетилену) принимается [л/(ч * мм)]: для углеродистой стали -- 100--200, нержавеющей стали не более 70, меди-- 150--200, латуни--100--120. Здесь следует упомянуть о том, что под Удельной мощностью пламени понимается часовой расход ацетилена в литрах, приходящийся на 1 мм толщины свариваемого или подвергаемого пайке металла.

Закончив пайку, пламя надо отвести в сторону и дать соединенным деталям остыть естественным путем, не пытаясь ускорить процесс охлаждения. Затем надо очистить шов от флюса ветошью с использованием теплой воды.

Газопламенная пайка отличается от сварки тем, что при пайке расплавляется только припой, тогда как при сварке плавятся соединяемые кромки металла. При этом температура плавления припоя значительно меньше, чем у соединяемого металла.

Нужно заметить, что при пайке происходит довольно большой расход металла, а отдельные виды припоев очень дороги. Кроме этого, часто пайка предполагает применение швов внахлестку. Ввиду этих причин пайка не так широко распространена, как сварка. Однако при некоторых видах работ она незаменима (пайка электро- и радиоаппаратуры, печатных схем точных приборов, внутренних швов пищевой и медицинской аппаратуры и др.).

Выбор того или иного вида припоя будет зависеть от вида паяемого металла и, конечно, от вида пайки. Для низкотемпературной пайки используются оловянисто-цинковые и оловянисто-свинцовые припои, причем последние получили довольно широкое распространение. Для высокотемпературной пайки применяются серебряные, медно-цинковые и медно-фосфористые припои. Самую широкую область применения имеют серебряные припои, которые дают высокое качество пайки почти всех черных и цветных металлов (за исключением цинка и алюминия). Медно-цинковые припои находят применение для пайки никеля, стали и чугуна, хотя их можно использовать и для паяния металлов медной группы. Медно-фосфористые припои применяются только при пайке меди и ее сплавов (латунь, бронза). Эти припои характеризуются тем, что при пайке меди вообще не требуют флюса, но они довольно хрупкие и поэтому их нельзя применять в конструкциях, которые подвергаются механическим нагрузкам.

Применение флюсов при пайке необходимо практически всегда, так как они растворяют образующиеся при пайке оксиды, улучшают смачивание припоем металла, а также препятствуют окислению металла и припоя.

При низкотемпературной пайке наиболее часто используется такой флюс, как канифоль. Хлористый цинк, хлористый аммоний, фтористый натрий применяются реже.

Высокотемпературная пайка цветных и черных металлов предполагает использование флюсов чаще всего на основе буры. В случае повышения рабочей температуры пайки (когда применяются более тугоплавкие припои) иногда добавляется борная кислота. Комплекс солей, состоящий из хлоридов щелочных и щелочно-земельных металлов, используется при пайке магниевых и алюминиевых сплавов. Во флюс вводится хлористый цинк, фтористый калий и другие соединения щелочных металлов тогда, когда необходимо выполнить работу легкоплавким припоем.

Следует заметить, что при газопламенной пайке лучше всего применять флюсы в виде порошка или паст.

В качестве источников тепла при пайке используют газокислородное и газовоздушное пламя, электронагрев, индукционный нагрев, паяльники.

К преимуществам пайки относятся отсутствие расплавления и незначительный нагрев основного металла. Эти преимущества позволяют получать высококачественные соединения не только однородных металлов, но и разнородных металлов и сплавов.

Особенность пайки состоит в том, что при этом процессе не происходит плавления металла соединяемых деталей. Родственным пайке процессом является лужение, при котором поверхность металлической детали покрывают тонким слоем расплавленного припоя, образующего в контакте с основным металлом припой-сплав переменного состава с теми же зонами, что и зоны при пайке. Если при пайке прочность паяного соединения определяется прочностью двух спаев и зоны сплавления, то при лужении прочность связи слоя полуды с основным металлом зависит от прочности переходного слоя (спая) между ними.

Паяемые конструкционные материалы выбирают в соответствии с условиями работы конструкции и требованиями прочности, герметичности, коррозионной стойкости и др. В паяемых конструкциях применяют стали всех типов, чугуны, никелевые сплавы (жаропрочные, жаростойкие, кислотостойкие), медь и ее сплавы, а также легкие сплавы на основе титана, алюминия, магния и бериллия. Ограниченное применение имеют сплавы на основе тугоплавких металлов: хрома, ниобия, молибдена, тантала и вольфрама.

Формирование паяного соединения происходит под влиянием различных факторов. Изменяя технологические параметры процесса пайки (состав и свойства припоя, термический цикл, средства активации поверхности, зазор, конструкцию паяного соединения), можно влиять на формирование швов паяных соединений и конечные свойства этих соединений. Например, факторами, определяющими степень смачивания припоем основного металла, являются состав и свойства основного металла и припоя, температура и время выдержки при пайке, а также средства активации поверхности. Если при заданных условиях пайки не удается обеспечить хорошего смачивания припоем паяемого металла, то смачивание можно улучшить нанесением на паяемые поверхности слоя другого металла.

В некоторых случаях получение качественного паяного соединения при хорошей смачиваемости затруднено образованием на границе припой - паяемый металл хрупких прослоек интерметаллических соединений. В этом случае получение соединения с требуемыми свойствами зависит от взаимодействия припоя и паяемого металла.

Паяльные припои и флюсы.

В качестве припоев для пайки металлов применяют как чистые металлы, так и их сплавы. Чтобы выполнить условия проведения пайки и обеспечить получение качественных паяных соединений, припои должны отвечать следующим требованиям:

- температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления паяемых материалов; для соединений, работающих при температуре выше 100°С, припои, имеющие температуру плавления ниже 300°С, применять не рекомендуется;

- припой должен хорошо смачивать поверхность паяемых деталей и затекать в зазоры соединения;

- выбранный припой должен обеспечивать получение соединения необходимой прочности;

- припой должен обеспечивать возможность нанесения антикоррозионного или декоративного покрытия требуемого качества.

Припои подразделяют на: особолегкоплавкие (tпл?145°С); легкоплавкие (145< tпл ? 450°С); среднеплавкие (450< tпл ? 1100°С); высокоплавкие (1100< tпл ? 1850°С); тугоплавкие (tпл >1850°С).

Высокотемпературная пайка дает более прочные соединения, иногда не уступающие по прочности основному материалу.

Соединения, выполненные серебряными, медными и медноцинковыми припоями, хорошо покрываются почти всеми видами гальванических покрытий. Соединения припоями, содержащими олово, не следует подвергать гальваническим покрытиям и оксидированию. При выборе припоя для пайки стальных конструкций следует иметь в виду, что все медные и часть серебряных припоев способствуют возникновению трещин в основном материале в процессе пайки или при последующей сварке вблизи паяных швов.

Паяльный флюс - химически активное вещество, предназначенное для очистки и поддержания чистоты поверхностей паяемого металла и припоя с целью снижения поверхностного натяжения и улучшения растекания жидкого припоя.

К флюсам предъявляется ряд требований. Так, необходимо, чтобы флюс химически не взаимодействовал с припоем (кроме случаев реактивно-флюсовой пайки); очищал поверхности основного металла и припоя от присутствующих на них окислов и защищал соединение от воздействия окружающей среды во время пайки; имел температуру плавления ниже температуры плавления припоя; способствовал смачиванию поверхности основного металла припоем в расплавленном состоянии; сохранял свойства и не менял своего состава от нагрева при пайке; не вызывал сильной коррозии паяного соединения и не выделял при нагреве ядовитых газов. +

Задача № - 86. Назначить режим термической обработки для стали 35 Х 2 Н. Вид термической обработки - Закалка в одном охладителе, отпуск низкий. +

Ответ.

35Х2Н - Легированная конструкционная сталь. В указанной марке стали содержится 0,35 % углерода, 2% хрома, 1% никеля. Легированные стали поставляются в виде поковок (ГОСТ 2590-71); сортового проката (ГОСТ 2590-71); полосы (ГОСТ 103-76); листа (ГОСТ 19903-74) и др.

Уровень требуемой прочности достигается термической обработкой. Улучшаемые стали в изделиях, например, шестерни часто подвергаются поверхностной закалке с последующим низким отпуском. В этом случае полный режим термической обработки включает улучшение и затем поверхностную закалку - 3 и 4 пункты.

Последовательность термической обработок выглядит следующим образом (пункты 1, 2, 3, 4):

1. Нагретую до температуры (950...1000°С) деталь из стали 35Х2Н переносят в охладитель и полностью охлаждают. В качестве охлаждающей среды используют: воду - для крупных изделий из углеродистых сталей; масло - для небольших деталей простой формы из углеродистых сталей и изделий из легированных сталей. \Основной недостаток - значительные закалочные напряжения\.

2. Простую закалку в одном охладителе (чаще всего в воде или в водных растворах) выполняют, погружая в него детали до полного охлаждения. При охлаждении необходимо освобождать деталь от слоя пара (паровой рубашки), так как слой пара -- хороший теплоизолятор. Такой способ закалки самый распространенный.

При низком отпуске (нагреваем деталь до температуры 200-300 ° ) в структуре стали в основном остается мартенсит. Кроме того, начинается выделение карбидов железа из твердого раствора углерода в альфа-железе и начальное скопление их небольшими группами. Это влечет за собой некоторое уменьшение твердости и увеличение пластических и вязких свойств стали, а также уменьшение внутренних напряжений в деталях. Для низкого отпуска детали выдерживают в течение определенного времени обычно в масляных или соляных ваннах. Если для низкого отпуска детали нагревают на воздухе, то для контроля температуры часто пользуются цветами побежалости, появляющимися на поверхности детали. Появление этих цветов связано с интерференцией белого света в пленках окисла железа, возникающих на поверхности детали при ее нагреве. В интервале температур от 220 до 330 ° в зависимости от толщины пленки цвет изменяется от светло-желтого до серого (табл.). Низкий отпуск применяется для режущего, измерительного инструмента и зубчатых колес. При таком отпуске почти не уменьшается твердость и вязкость стали, но зато снимаются внутренние закалочные напряжения.

3. Улучшение: закалка от 820°С в масле и далее отпуск при 600°С, (НВ = 241 ед.).

4. Поверхностная закалка на глубину 2..3 мм и низкий отпуск 220°С, (НRс= 56..62

Термической обработкой называют процессы, связанные с нагревом и охлаждением металла, находящегося в твердом состоянии, с целью изменения структуры и свойств без изменения его химического состава. Термическую обработку характеризуют основные параметры: нагрев до определенной температуры, выдержка при этой температуре, скорость нагрева и скорость охлаждения (рисунок 1).

Рисунок 1- График термической обработки стали.

В зависимости от температурных режимов термическая обработка подразделяется на следующие виды: отжиг, нормализация, закалка, отпуск, химико-термическая обработка (ХТО), термомеханическая обработка (ТМО).

В звисимости от склонности к росту аустенитного зерна при нагреве стали бывают мелко- или крупнозернистыми. Мелкозернистые стали в интервале температур нагрева 950...1000°С почти не изменяют величину зерна. У крупнозернистых сталей рост зерна начинается сразу же после перехода через критическую точку. Отсюда вытекает необходимость строгого соблюдения технологических режимов термической обработки, оказывающих решающее влияние на качество изделий.

Возможность упрочнения сталей путем термической обработки обусловлена наличием аллотропических превращений в твердом состоянии. Охлаждая аустенит с различными скоростями и вызывая тем самым различную степень переохлаждения, можно получить продукты распада аустенита, резко отличающиеся по строению и свойствам.

Отжиг заключается в нагреве стали выше критических температур, выдержке при данной температуре и медленном охлаждении (обычно вместе с печью). В зависимости от требований, предъявляемых к свойствам стали, различают следующие виды отжига: диффузионный (гомогенизация), полный, неполный (для заэвтектоидных сталей называется сфероидизацией). Цель отжига -- устранить внутренние напряжения, измельчить зерно, придать стали пластичность перед последующей обработкой и привести структуру в равновесное состояние.

При изотермическом отжиге конструкционную сталь нагревают до температуры на 30...50°С выше точки на 50...100°С, затем следует выдержка и медленное охлаждение в расплавленной соли до температуры несколько ниже точки (680..700°С). При этой температуре сталь подвергают изотермической выдержке, при которой происходит полное превращение аустенита в перлит, с последующим охлаждением на воздухе.

Нормализацией стали называется нагрев доэвтектоидной стали выше точки Ac3 эвтектоидной стали--выше точки Ас,, заэвтектоидной стали--выше точки Ас1 на 30...50°С, выдержка и последующее охлаждение на воздухе.

После нормализации углеродистые стали имеют ту же структуру, что и после отжига, но перлит будет более дисперсным (тоньше пластинки ферритоцементитной смеси).

Цель нормализации доэвтектоидных и эвтектоидных сталей та же, что и полного отжига. Однако после нормализации твердость и прочность стали будут выше, чем при отжиге. Нормализация применяется для устранения крупнозернистой структуры, выравнивания механических свойств. В заэвтектоидных сталях нормализация устраняет цементитную сетку.

Нормализация--более дешевый и простой вид термической обработки, чем отжиг.

После отжига углеродистая сталь (0,4% С) имеет следующие механические свойства: в=550 МПа; d=20%, y===52%, а после нормализации в=600 МПа;

d=22%; y ==40%,

На машиностроительные заводы углеродистые стали поставляются в состоянии, обусловливающем относительно невысокую твердость, для того чтобы обеспечить хорошую обрабатываемость резанием. Конструкционные стали поставляются в отожженном или нормализованном состоянии; инструментальные стали -- после сфероидизирующего отжига.

После механической обработки изделие, как правило, подвергается упрочняющей термической обработке. Наиболее распространенным видом упрочняющей термической обработки углеродистых сталей, содержащих углерода более 0,3 %, является закалка с последующим отпуском.

Скорость нагрева и время выдержки деталей зависят от размеров, массы деталей, их конфигурации, химического состава материала деталей, от типа нагревательных печей и нагревательных сред.

При закалке в качестве охлаждающей среды чаще всего используют воду, иногда с добавками солей, щелочей. Для увеличения охлаждающей способности применяют также масла, расплавленные соли и металлы. Для закалки существенное значение имеет скорость охлаждения в интервале температур, где аустенит менее всего устойчив (650...550°С). Этот интервал температур при закалке надо пройти быстро. Важное значение имеет скорость охлаждения и в интервале температур 300...200°С, когда во многих сталях происходит образование мартенсита. В этом районе температур требуется медленное охлаждение, во избежание возникновения напряжений и закалочных трещин.

Существуют следующие способы закалки. Закалка в одном охладителе заключается в том, что нагретую под закалку деталь погружают в закалочную среду (вода, масло и т. д.), в которой она находится до полного охлаждения. Применяют для несложных деталей из углеродистой и легированных сталей. +

К основным дефектам закалки относятся: недогрев, перегрев, пережог, обезуглероживание, коробление, трещины и др.

Если нагрев стали был ниже критической точки, то говорят о закалке с недогревом. Этот дефект исправимый, для чего сталь подвергают отжигу, а затем проводят закалку в соответствии с технологическими рекомендациями.

Перегрев имеет место тогда, когда сталь нагревают до температуры, намного превышающей критическую. Перегрев также можно исправить отжигом с последующей закалкой.

Пережог стали может иметь место при значительном перегреве стали перед закалкой. При этом сталь становится очень хрупкой. Этот дефект неисправимый (брак).

Обезуглероживание и окисление поверхности происходит при нагреве в пламенных или электрических печах без контролируемых атмосфер. Чтобы избежать этих дефектов, надо нагрев вести в специальных печах с защитной (контролируемой) атмосферой, нейтральной по отношению к стали.

Закалка стали сопровождается увеличением ее объема, что приводит к значительным внутренним напряжениям, которые являются причиной образования трещин и коробления. Трещины являются неисправимым дефектом, а коробления можно устранить последующей рихтовкой или правкой. По указанным выше причинам закаленные изделия и инструмент подвергают отпуску.

Отпуском называют нагрев стали до температуры ниже точки Д.1 с выдержкой при данной температуре и последующим охлаждением с заданной скоростью (обычно охлаждают на воздухе). Цель отпуска - уменьшение закалочных напряжений, снижение твердости и получение необходимых механических свойств. Основное превращение при отпуске - распад мартенсита, т. е. выделение углерода из пересыщенного твердого раствора в виде мельчайших кристалликов карбида железа.

В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска.

Низкий отпуск производится при 120...150°С (отпуск на отпущенный мартенсит). Его применяют после закалки инструментов, цементованных и цианированных изделий, а также после поверхностной закалки. При низком отпуске уменьшаются остаточные закалочные напряжения, твердость практически не снижается.

Закалку применяют для увеличения твердости, прочности и износостойкости деталей, получаемых из поковок. Нагрев стали под закалку осуществляют в горнах или нагревательных печах. Детали в горны укладывают так, чтобы холодное дутье воздуха не попадало непосредственно на сталь. Нужно следить, чтобы нагрев происходил равномерно. Чем больше углерода и легирующих элементов содержит сталь, чем массивнее деталь и сложнее ее форма, тем медленнее должна быть скорость нагрева под закалку. Продолжительность выдержки при закалочной температуре ориентировочно принимается равной 0,2 от времени нагрева. Слишком длительная выдержка при закалочной температуре не рекомендуется, так как при этом интенсивно растут зерна и сталь теряет прочность.

Отпуск, состоит в нагревании закаленной стали до определенной температуры, выдержке при этой температуре некоторое время и быстрого или медленного охлаждения, как правило, на воздухе. В процессе отпуска в металле структурных изменений не происходит, однако уменьшаются закалочные напряжения, твердость и прочность, а пластичность и вязкость увеличиваются. В зависимости от марки стали и от предъявляемых к детали требований по твердости, прочности и пластичности применяют следующие виды отпусков.

Низкий отпуск состоит в нагреве закаленной детали до температуры 140...250 °С и охлаждении с любой скоростью. При таком отпуске почти не уменьшается твердость и вязкость стали, но зато снимаются внутренние закалочные напряжения. После такого отпуска детали нельзя нагружать динамическими нагрузками. Чаще всего его используют для обработки режущего инструмента из углеродистых и легированных сталей.

При отсутствии измерительных приборов температуру нагрева определяют по цвету побежалости. Для этого перед нагревом поковки для отпуска на ней, в нужном месте, зачищают небольшой участок наждачной бумагой или другим абразивом. Нагревают поковку и наблюдают за изменением цвета металла по зачищенной поверхности. При этом цвета побежалости будут соответствовать следующим приблизительным температурам нагрева поковки:

Серый --- 330, °С

Светло-синий --- 314, °С

Васильковый --- 295, °С

Фиолетовый --- 285, °С

Пурпурно-красный --- 275, °С

Коричнево-красный --- 265, °С

Коричнево-желтый --- 255, °С

Темно-желтый --- 240, °С

Светло-желтый --- 220, °С

Ниже приведены рекомендуемые температуры отпуска для некоторых инструментов и деталей (в градусах Цельсия):

Резцы, сверла, метчики из углеродистых сталей --- 180-200, °С

Молотки, штампы, метчики, плашки, малые сверла --- 200-225, °С

Пробойники, чертилки, сверла для мягкой стали --- 225-250, °С

Сверла и метчики для меди и алюминия, зубила для стали и чугуна --- 250-280, °С

Инструмент для обработки древесины --- 280-300, °С

Пружины --- 315-330, °С

При более высокой температуре поверхность стали темнеет и остается такой до температуры 600 °С, когда появляются цвета каления. Режимы термообработки сталей необходимо соблюдать очень строго, так как только правильная термообработка позволяет получать металл (сплав) с заданной прочностью, износостойкостью, обрабатываемостью, пластичностью и т. п.

Вопрос № - 97. Расшифровать марки сталей и сплавов: БСт.6пс, У9, 35ХСА, 1102, Кч38-8, Бр.АЖН10-4-4. +

Ответ.

1. БСт.6пс - Углеродистая сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380). Сталь содержат повышенное количество серы и фосфора, содержит гарантируемый химический состав, степень раскисленности стали пс - полуспокойная. Маркировка стали БСт.6пс включает следующие обозначения. 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. У9 - Инструментальные качественные углеродистые стали маркируются буквой У (углеродистая инструментальная сталь) и числом, указывающим содержание углерода в десятых долях процента. Сталь У9, содержание углерода, соответственно, 0,9 %.

3. 35ХСА - Легированная конструкционная сталь. Двухзначное число в начале марки (35) указывает на содержание углерода в сотых долях процента. Далее перечисляются легирующие элементы (Х - хром и С - кремний). Число, следующее за условным обозначение элемента, показывает его содержание в процентах. Если число не стоит, то содержание элемента не превышает 1,5 %. В указанной марке стали содержится 0,35 % углерода, до 1,5% хрома, до 1,5% кремния. Для обозначения высококачественных легированных сталей в конце марки указывается символ А.

4. 1102 - Сталь электротехническая тонколистовая кремнистая ГОСТ 21427.0-75 и ГОСТ 21427.4-78. Электротехническая сталь 1102 - (сталь сто десять - два) горячекатаная изотропная, с содержание кремния от 0,4 до 0,8 % включительно, с гарантией удельных потерь при индукции 1,7 Т и частоте 50 Гц (Р1,7/50). Коэрцитивная сила стали этой марки находится в пределах 0,2…0,4 А/см. Применяют сталь для генераторов, динамо-машин, трансформаторов с частотой не выше 25 кГц. Марка стали обозначается четырехзначным числом по ГОСТ 21427.0-75. Первая цифра в марке указывает способ изготовления и структурное состояние стали: 1 - горячекатаная изотропная; 2 - холоднокатаная изотропная; 3 - холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой. Вторая цифра указывает содержание кремния: 0 - до 0,4 % включительно (нелегированная); 1 - свыше 0,4 до 0,8 % вкл.; 2 - свыше 0,8 до 1,8 % вкл.; 3 - свыше 1,8 до 2,8 % вкл.; 4 - свыше 2,8 до 3,8 % вкл.; 5 - свыше 3,8 до 4,8 % вкл. Третья цифра определяет основное нормируемое свойство, гарантируемое для стали: 0 - удельные потери при индукции 1,7 Т и частоте 50 Гц (Р1,7/50); 1 -удельные потери при индукции 1,5 Т и частоте 50 Гц (Р1,5/50); 2 - удельные потери при индукции 1,0 Т и частоте 400 Гц (Р1,0/400); 6 - магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля H = 0,4 А/м (В0,4); 7 - магнитная индукция в средних магнитных полях при напряженности поля H = 10 А/м (B10). Первые три цифры в обозначении марки указывают, тип стали. Четвертая цифра в марке стали означает порядковый номер стали в пределах одного типа. Коэрцитивная сила всех сплавов данной категории находится в пределах 0,2…0,4 А/см.

5. Кч38-8 - ферритный ковкий чугун. Состав ковкого чугуна марки, применяемый в отечественной промышленности, установлен ГОСТ 1215-41. Ковкий чугун марки КЧ 33-8 выплавляется в обычных вагранках производительностью 2-5 т/час. Содержание стального лома в шихте должно быть не, ниже 35 - 45%; сумма углерода и кремния - не выше 3,9%. Непременным условием получения чугуна КЧ38-8 является присадка в ковш алюминия в пределах 0,02-0,05% как раскислителя и отчасти модификатора. Температура чугуна на желобе вагранки поддерживается в пределах 1400-1420 градусов С.

6. Бр.АЖН10-4-4. Бр.АЖН10-4-4 - Алюминиевая бронза высокой прочности (двухфазная). В состав бронзы входят: А - алюминий (4%), Ж - железо (4%), Н - никель (10%). Содержание основного компонента - меди (82%). Алюминиевые бронзы высокой прочности (двухфазные) используются для изготовлении шестерен, втулок, арматуры, в.т.ч для морской воды и при больших давлениях и трении. (ГОСТ 18175-72). Маркировка бронз обозначается следующим образом. Первые буквы в марке означают (Бр.) - бронза. Буквы, следующие за буквой Бр. в бронзе, означают: А - алюминий, Б - бериллий, Ж - железо, К - кремний, Мц - марганец, Н - никель, О - олово, С - свинец, Ц - цинк, Ф. - фосфор. Цифры, помещенные после буквы, указывают среднее процентное содержание элементов. В марках бронзы (как и в сталях) содержание основного компонента - меди - не указывается, а определяется по разности. Цифры после букв, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов; цифры расположенные в том же порядке, как и буквы, указывающие на легирование бронзы тем или иным компонентом.

1. Основная литература:

1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990 - 527 с.

2. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. Л.: Энергия, 1985 - 352 с.

2. Дополнительная литература:

1.Справочники по электротехническим материалам. Издание 2 -ое /под ред. Ю.В. Корицкого, В.В. Пасынкова, Б.М. Тареева. В трех томах. - М.Л.: Энергия,1984.