Нержавеющие конструкционные стали и абразивные материалы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования «Гродненский государственный университет

имени Янки Купалы»

Факультет Инновационные технологии машиностроения

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Материаловедение»

Выполнил __________ Курс Группа лаб. Специальность Форма обучения заочная полная Адрес: _ _____________	Проверил

Гродно, 2011

Содержание

конструкционные стали абразивные материалы

Содержание

1. Классификация сталей. Нержавеющие конструкционные стали. Маркировка и область применения

2. Абразивные материалы и изделия на их основе. Характеристика абразивного инструмента. Маркировка абразивного инструмента

Литература

1. Классификация сталей. Нержавеющие конструкционные стали. Маркировка и область применения

Углеродистые стали, классифицируют по содержанию углерода, назначению, качеству, степени раскисления и структуре в равновесном состоянии.

По содержанию углерода стали, подразделяются на низкоуглеродистые (<0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,7 % С) и высокоуглеродистые (> 0,7 %С).

По назначению стали классифицируют на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали, представляют наиболее обширную группу, предназначенную для изготовления строительных сооружений, деталей машин и приборов. К этим сталям относят цементуемые, улучшаемые, высокопрочные и рессорно-пружинные. Инструментальные стали, подразделяют на стали для режущего, измерительного инструмента, штампов холодного и горячего (до 200 ⁰С) деформирования.

По качеству стали, классифицируют на обыкновенного качества,качественные, высококачественные. Под качеством стали понимается совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Стали обыкновенного качества бывают только углеродистыми (до 0,5 % С), качественные и высококачественные - углеродистыми и легированными.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскисление - процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый с целью предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

По структуре в равновесном состоянии стали, делятся на:

1) доэвтектоидные, имеющие в структуре феррит и перлит;

2) эвтектоидные, структура которых состоит из перлита;

3) заэвтектоидные, имеющие в структуре перлит и цементит вторичный.

В последние годы для улучшения качества стали применяются новые методы ее выплавки, которые находят отражение в обозначениях марок стали:

· ВД - вакуумно - дуговой;

· ВИ - вакуумно - индукционный;

· Ш - шлаковый;

· ПВ - прямого восстановления;

· ЭШП - электронношлаковый переплав;

· ШД - вакуумно - дуговой после шлакового переплава;

· ЭЛП - электронно - лучевой переплав;

· ПДП - плазменно - дуговой переплав;

· ИШ - вакуумно - индукционный плюс электрошлаковый переплав;

· ИП - вакуумно - индукционный плюс плазменно - дуговой переплав.

Стали, устойчивые против электрохимической коррозии, называются коррозионностойкими (нержавеющими). Устойчивость стали против коррозии достигается введением в нее элементов, образующих на поверхности плотные, прочно связанные с основой защитные пленки, препятствующие непосредственному контакту стали с агрессивной средой, а также повышающие ее электрохимический потенциал в данной среде.

Нержавеющие стали, разделяют на две основные группы: хромистые и

хромоникелевые.

Хромистые коррозионностойкие стали применяют типов: с 13, 17 и

27 % Cr, при этом в сталях с 13 % Cr содержание углерода может изменяться в зависимости от требований в пределах от 0,08 до 0,40 %. Структура и свойства хромистых сталей зависят от количества хрома и углерода. В соответствии со структурой, получаемой при нормализации, хромистые стали подразделяют на следующие классы: ферритный (стали 08Х13, 12Х17, 15Х25Т, 15Х28), мартенситно-ферритный (12Х13) и мартенситный (20Х13, 30Х13, 40Х13).

Стали с низким содержанием углерода (08Х13, 12Х13) пластичны, хорошо свариваются и штампуются. Их подвергают закалке в масле (1000-1050 0С) с высоким отпуском при 600-800 ⁰С и применяют для изготовления деталей, испытывающих ударные нагрузки (клапаны гидравлических прессов) или работающих в слабоагрессивных средах (лопатки гидравлических и паровых турбин и компрессора). Эти стали можно использовать при температурах до 450 ⁰С (длительная работа) и до 550 0С (кратковременно). Стали 30Х13 и 40Х13 обладают высокой твердостью и повышенной прочностью. Эти стали закаливают с 1000-1050 0С в масле и отпускают при 200-300 0С. Эти стали используют для изготовления карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов и т.д.

Высокохромистые стали ферритного класса (12Х17, 15Х25Т и 15Х28) обладают более высокой коррозионной стойкостью по сравнению со сталями, содержащими 13 % Cr. Эти стали термической обработкой не упрочняются. Они склонны к сильному росту зерна при нагреве свыше 850 ⁰С. Высокохромистые стали ферритного класса используются часто как окалиностойкие.

Хромоникелевые нержавеющие стали в зависимости от структуры подразделяют на аустенитные, аустенитно-мартенситные и аустенитно-ферритные. Структура хромоникелевых сталей зависит от содержания углерода, хрома, никеля и других элементов.

Стали аустенитного класса с 18 % Cr и 9-10 % Ni (12Х18Н9, 17Х18Н9 и др.) в результате закалки приобретают аустенитную структуру и характеризуются высокой пластичностью, умеренной прочностью, хорошей коррозионной стойкостью в окислительных средах. Эти стали технологичны (хорошо свариваются, штампуются, подвергаются холодной прокатке и т.д.).

Стали 12Х18Н9, 17Х18Н9 после медленного охлаждения из аустенитной области имеют структуру состоящую из аустенита, феррита и карбидов. С целью растворения карбидов, а также предотвращения их выделения в процессе медленного охлаждения аустенитные стали нагревают до 1050-1120 ⁰С и закаливают в воде, масле или на воздухе. Аустенитные стали не склонны к хрупкому разрушению при низких температурах, поэтому хромоникелевые коррозионно-стойкие стали широко используются в криогенной технике для хранения сжиженных газов, изготовления оболочек топливных баков и ракет и т.д.

Стали аустенитно-мартенситного класса (09Х15Н8Ю, 09Х17Н7Ю) получили широкое применение в основном как высокопрочные. Они хорошо свариваются, устойчивы против атмосферной коррозии. С целью обеспечения достаточной прочности и одновременно повышенной коррозионной стойкости сталь 09Х15Н8Ю подвергается следующей термической обработке: закалке на аустенит (925-975 ⁰С) с последующей обработкой холодом (-70 0С) и старением (350-380⁰С).

Эти стали применяют для изготовления обшивки, сопловых конструкций и силовых элементов узлов летательных аппаратов.

Стали аустенитно-ферритного класса (08Х22Н6Т, 03Х23Н6, 08Х21Н6М2Т,10Х25Н5М2 и др.) содержат 18-30 % Cr, 5-8 % Ni, до 3 % Mo, 0,03-0,10 % С, а также добавки Ti, Nb, Cu, Si и Ni. Эти стали после закалки в воде с 1000-1100 0С имеют структуру, состоящую из равномерно распределенных между собой зерен аустенита и феррита с содержанием последнего порядка 40-60 %. Эти стали, применяют в химическом и пищевом машиностроении, судостроении, авиации, медицине.

Наличие большого сортамента выпускаемых сталей и сплавов, изготавливаемых в различных странах, обусловило необходимость их идентификации, однако до настоящего времени не существует единой (мировой) системы маркировки сталей и сплавов, что создает определенные трудности для металлоторговли.

Так в России и в странах СНГ принята разработанная раннее в СССР буквенно-цифровая система обозначения марок сталей и сплавов, где согласно ГОСТу, буквами условно обозначаются названия элементов и способов выплавки стали, а цифрами -- содержание элементов. Европейская система обозначений стали, регламентирована стандартом EN 100 27. Первая часть этого стандарта определяет порядок наименования сталей, а вторая часть регламентирует присвоение сталям порядковых номеров. В Японии наименование марок стали, как правило, состоит из нескольких букв и цифр. Буквенное обозначение определяют группу, к которой относится данная сталь, а цифры -- ее порядковый номер в группе и свойство. В США существует несколько систем обозначения металлов и их сплавов. Это объясняется наличием нескольких организаций по стандартизации, к ним относятся АMS, ASME, ASTM, AWS, SAE, ACJ, ANSI, AJS. Вполне понятно, что такая маркировка требует дополнительного разъяснения и знания при торговле металлом, оформлении заказов и т. п.

До настоящего времени международные организации по стандартизации не выработали единую систему маркировки сталей. В связи с этим существуют разночтения, приводящие к ошибкам в заказах и как следствие нарушения качества изделий.

В России и странах СНГ принята буквенно-цифровая система, согласно которой цифрами обозначается содержание элементов стали, а буквами -- наименование элементов. Буквенные обозначения применяются также для указания способа раскисления стали «КП -- кипящая сталь, ПС -- полуспокойная сталь, СП -- спокойная сталь». Существуют определенные особенности обозначения для разных групп сталей конструкционных, строительных, инструментальных, нержавеющих и др. Общими для всех обозначениями являются буквенные обозначения легирующих элементов:

азот ( N ) - А

алюминий ( Аl ) - Ю

бериллий ( Be ) - Л

бор ( B ) - Р

ванадий ( V ) - Ф

висмут ( Вi ) - Ви

вольфрам ( W ) - В

кобальт ( Co ) - К

кремний ( Si ) - C

магний ( Mg ) - Ш

марганец ( Mn ) - Г

свинец ( Pb ) - АС

медь ( Cu ) - Д

молибден ( Mo ) - М

никель ( Ni ) - Н

ниобий ( Nb) - Б

титан ( Ti ) - Т

углерод ( C ) - У

фосфор ( P ) - П

хром ( Cr ) - Х

цирконий ( Zr ) - Ц.

Стали нержавеющие стандартные, согласно ГОСТ 5632-72, маркируют буквами и цифрами по принципу, принятому для конструкционных легированных сталей (например, 08Х18Н10Т или 16Х18Н12С4ТЮЛ).

Стали нержавеющие, нестандартные опытных партий обозначают буквами -- индексами завода производителя и порядковыми номерами. Буквы ЭИ, ЭП, или ЭК присваивают сталям, впервые выплавленным заводом «Электросталь», ЧС -- сталям выплавки Челябинского завода «Мечел», ДИ -- сталям выплавки завода «Днепроспецсталь», например, ЭИ-435, ЧС-43 и др.

2.Абразивные материалы и изделия на их основе. Характеристика абразивного инструмента. Маркировка абразивного инструмента

Абразивные материалы делятся по твердости (сверхтвёрдые, твёрдые, мягкие), и химическому составу, и по величине шлифовального зерна (крупные или грубые, средние, тонкие, особо тонкие), величина зерна измеряется в микрометрах или мешах.

Зерном абразива называют отдельный кристалл, сростки кристаллов или их осколки при отношении их наибольшего размера к наименьшему не более 3:1.

Пригодность абразивных материалов зависит от физических и кристаллографических свойств; особенно важное значение имеет их способность при истирании разламываться на остроугольные частицы. У алмаза это свойство максимальное. Выбор абразивного материала зависит от физических свойств обрабатываемого и обрабатывающего материала, а также от стадии обработки (грубая обдирка, шлифовка и полировка), причём твёрдость абразивного материала должна быть выше твёрдости обрабатываемого (за исключением алмаза, который обрабатывается алмазом).

Абразивные материалы характеризуются твёрдостью, хрупкостью, абразивной способностью, механической и химической стойкостью.

Твёрдость -- способность материала сопротивляться вдавливанию в него другого материала. Твёрдость абразивных материалов характеризуется по минералогической шкале твёрдости Мопса 10 классами, включающей в качестве эталонов: 1 -- тальк, 2 -- гипс, 3 -- кальцит, 4 -- флюорит, 5 -- апатит, 6 -- полевой шпат, 7 -- кварц, 8 -- топаз, 9 -- корунд, 10 -- алмаз.

Абразивная способность характеризуется количеством материала, ошлифованного за единицу времени.

Механическая стойкость -- способность абразивного материала выдерживать механические нагрузки, не разрушаясь при резке, шлифовке и полировке. Она характеризуется пределом прочности при сжатии, который определяют, раздавливая зерно абразивного материала, фиксируя нагрузку в момент его разрушения. Предел прочности абразивных материалов при повышении температуры снижается.

Химическая стойкость -- способность абразивных материалов не изменять своих механических свойств, будучи во взаимодействии с растворами щелочей, кислот, а также в воде и органических растворителях.

Абразивные материалы, применяемые для механической шлифовки и полировки полупроводниковых материалов, отличаются между собой размером (крупностью) зёрен, имеющих номера 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25,20, 16, 10, 8, 6, 5, 4, 3, М40, М28, М20, М14, М10, М7 и М5 и подразделяются на четыре группы:

· шлифзерно (от №200 до 15),

· шлифпорошки (от №12 до 3),

· микропорошки (от М63 до М14) и

· тонкие микропорошки (от М10 до М5).

Классификацию абразивных материалов по номерам зернистости проводят рассеиванием на специальных ситах, номер которого характеризует размер зерна. Номер зернистости абразивных материалов характеризуется фракцией: предельной, крупной, основной, комплексной и мелкой. Процентное содержание основной фракции обозначают индексами В, П, Н и Д.

В настоящее время абразивные материалы добываются и производятся синтетически, причём новые синтетические материалы, как правило, более эффективны, чем природные. Ниже приведены списки известных абразивных материалов.

Природные абразивы

· Алмаз: Алмазоподобная кубическая аллотропическая форма элементарного углерода, добывается в коренных (кимберлитовые трубки) и россыпных месторождениях. Наиболее ценный по своим абразионным свойствам материал. Лучшим считается его чёрная разновидность -- карбонадо (карбонат), добываемая в Бразилии и на острове Борнео. Второе место занимает борт -- радиально-лучистая разновидность алмаза. На рынке под именем борта продаётся всякий непригодный для огранки алмаз. Из общего количества 20% карбонадо, 20% настоящий борт, остальное -- алмазный порошок и осколки. Применяется при обработке твердого камня, а также для шлифовки и полировки самого алмаза.

· Гранат: Природный минерал, состоит из: R²⁺₃ R³⁺₂ [SiO₄]₃, где R²⁺ -- Mg, Fe, Mn, Ca; R³⁺ -- Al, Fe, Cr.

· Инфузорная земля: осадочная горная порода, состоящая преимущественно из останков диатомовых водорослей. Химически кизельгур на 96 % состоит из водного кремнезёма (опала). Применяется в виде тонкого порошка для полировки камня и металла.

· Кварц: Кристаллическая двуокись кремния, один из наиболее дешевых и доступных абразивных материалов. В сухом виде вызывает силикоз. Использование только совместно с подачей воды. Кварц и кремень с раковистым изломом при раскалывании дают остроугольные частицы. Применяются в порошке для обработки мягких камней (мрамор), в пескоструйных аппаратах для обработки металла, для очистки камней в строительном деле и для изготовления шлифовальных шкурок. Из кремневых конкреций изготавливали шары для шаровых мельниц.

· Корунд: Кристаллический оксид алюминия, то же и сапфир, добывается в россыпях и иногда в рудах. Добытая корундовая руда измельчается, обогащается и сортируется по величине зерна. Применяется в порошке и для изготовления из него искусственных кругов, брусков и шкурок.

· Красный железняк: широко распространённый минерал железа Fe₂O₃. В особо чистых разновидностях применяется для полирования железа и стекла.

· Мел: Карбонат кальция, для тонких видов абразивной обработки (притирка, полирование).

· Наждак: Природный минерал, состоит из: корунда и магнетита -- черного магнитного оксида железа Fe₃O₄

· Пемза: пузыристое вулканическое стекло. Для шлифовки пригодна пемза с тонкими пластинками стекла, образующими перегородки между ячейками. Самая лучшая пемза -- с острова Липари, близ Сицилии. Применяется для шлифовки дерева, мягких камней и металлов.

· Полевой шпат: группа породообразующих минералов из класса силикатов. Большинство полевых шпатов -- представители твёрдых растворов тройной системы изоморфного ряда К[АlSi₃O₈] -- Na[АlSi₃O₈] -- Са[Аl₂Si₂O₈], конечные члены которой соответственно -- альбит (Ab), ортоклаз (Or), анортит (An). В размолотом виде, наклеенный на полотно или бумагу, применяется в тех случаях, когда требуется мягкий шлифовальный материал.

· Трепел: рыхлая или слабо сцементированная, тонкопористая опаловая осадочная порода. Применяется в виде тонкого порошка для полировки камня и металла.

Синтетические абразивы

· Минераль-ный шлак (купрошлак или никельшлак): применяются для наружной очистки металлических, каменных, бетонных, кирпичных, деревянных поверхностей.

· Колотая стальная дробь: Применяется для удаления плотной окалины и обработки мягкого камня.

· Искусственный алмаз: Синтез при высоком давлении, обработка твердых сплавов, камня, стекла, цветных металлов.

· Кубический нитрид бора боразон (В России кубический нитрид бора знают как эльбор): Синтез при высоком давлении, применяют при шлифовании деталей из различных сталей и сплавов.

· Сплав бор-углерод-кремний: Сплавление бора с углеродом и кремнием в дуговой печи, обработка черных, и цветных металлов, камня, стекла и др.

· Карбид бора (B₄C): тугоплавкое соединение, по твёрдости уступает лишь алмазу. Применяется для обработки твердых сплавов, стекла, черных металлов.

· Карбид кремния (SiC) или Карборунд. Химическое соединение кремния с углеродом. Впервые получен в электрической печи в 1891 году. Лучшим считается американский -- Carborundum С°, Norton; немецкий из-за примесей хуже. Чем меньше размеры его зёрен, тем больше их прочность. Применяется в порошке для изготовления искусственных кругов и шкурок для обработки твёрдых сплавов, цветных металлов и титана.

· Нитрид кремния: обработка черных и цветных металлов.

· Нитрид алюминия: обработка металлов.

· Электрокорунд (Al₂O₃): кристаллическая окись алюминия. Применяется при обработке черных металлов, изредка камня и стекла.

· Оксид циркония (фианит): обработка черных и цветных металлов.

· Двуокись церия: обработка стекла (полирит).

· Двуокись олова: обработка стекла, полирование металлов.

· Двуокись титана: полирование цветных металлов.

· Крокус красный (железный) получается прокаливанием щавелевокислого железа; полировальный порошок для металла и стекла.

· Крокус зеленый (окись хрома): для полировки твёрдых камней (кварц, агат, нефрит), черных и цветных металлов.

Разрабатываются новые перспективные абразивные материалы:

· Нитрид углерода C₃N₄

· Сплав карбида титана (TiC) и карбида скандия (Sc₄C₃)

Отдельно следует выделить метод магнитоабразивной обработки и материалов для её осуществления. Суть метода заключается в использовании материалов с высокими абразивными и магнитными свойствами, что позволяет производить так называемую мягкую обработку и выполнять полирование на более высоком уровне.

К основным характеристикам абразивного инструмента относятся:

· марка материала и зернистость порошка, из которого изготовлен инструмент;

· материал связки, удерживающей зерна;

· твердость инструмента, характеризующая прочность удержания абразивных зерен в связке;

· структура, характеризующая объем, занимаемый абразивным порошком в массе, образующей инструмент.

Для связок абразивных зерен приняты следующие обозначения:

К -- керамическая,

Б -- бакелитовая,

В -- вулканитовая,

Г --глифталевая,

М --металлическая,

С -- силикатовая.

Твердость абразивного инструмента -- это сопротивляемость связки вырыванию зерен с поверхности инструмента под влиянием внешних сил.

Твердость кругов обозначается буквами:

мягкий -- M1, M2, М3;

среднемягкий -- СМ1,СМ2;

средний -- C1, C2;

среднетвердый -- СТ1, СТ2, СТ3;

твердый -- T1, T2;

весьма твердый -- ВТ1,ВТ2;

чрезвычайно твердый -- ЧТ1, ЧТ2.

Пределы твердости абразивного инструмента зависят от марки связки, на которой он изготовлен.

Структура абразивного инструмента обозначается номерами от 0 до 20.

Самая плотная структура с содержанием абразивного зерна 62% имеет номер 0.

Структуры :

· 0--3 называют плотными (закрытыми),

· 4--8 -- средними,

· 9--12 -- открытыми,

· 13--20 -- очень открытыми.

С увеличением структуры на один номер объем зерна в круге уменьшается на 2%. В структуре 20 объемное содержание зерен составляет только 22%.

Наибольшей прочностью обладают инструменты на органических связках -- бакелитовой и вулканитовой.

Литература

1. www.tadmetals.ru

2. www.ref.by

3. traiv-komplekt.ru

4. ru.wikipedia.org

5. vik-invest.ru

6. www.abraziv.by

7. www.abrazive.ru

Размещено на Allbest.ru