Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• 1.Перечислите основные виды термической обработки, кратко опишите их (отжиг, нормализация, закалка, опуск). В чем смысл и преимущества термомеханической обработки стали (ТМО)
• 2. Основные виды термической обработки стали
• 3.Как осуществить защиту трубопроводов от блуждающих токов
• 4. Методы обнаружения дефектов сварки

1. Перечислите основные виды термической обработки, кратко опишите их (отжиг, нормализация, закалка, опуск). В чем смысл и преимущества термомеханической обработки стали (ТМО)

Термическая обработка стали - это совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью придания им определённых свойств за счёт изменения внутреннего строения и структуры. Цель термообработки - это придание сплавам таких свойств, которые требуются в процессе эксплуатации этих изделий. Есть упрочнение металла (например: коленчатый вал в двигателе автомобиля - к нему предъявляется повышенная прочность при эксплуатации). Но есть и такие технологические процессы, в которых термообработка не является конечной операцией, а промежуточной и её цель - снижение твёрдости стали, сплава для последующей обработки. Процесс термообработки состоит из нагревания до каких-то определённых температур, выдержки детали, заготовки при этих температурах и последующем охлаждении с определённой скоростью. Термообработке подвергают заготовки (кованные, штампованные и т.д.), детали машин и различный инструмент. Для заготовок термообработка заключается в снижении твердости, улучшении их структуры, а для деталей - это придание им определённых свойств (твердости, прочности, износостойкости). Улучшение механических качеств даёт возможности использовать сплавы более простых составов, расширить область их применения. Термообработкой можно повысить допускаемые напряжения, уменьшить массу деталей и механизмов, а также существенно повысить их надёжность и долговечность, что очень важно в машиностроении. Например, упрочнению термообработкой подвергаются до 10% общей выплавки в стране, а в машиностроении до 40%. В термообработке есть следующие виды этого процесса: отжиг, нормализация, закалка, отпуск, а также есть термомеханическая обработка.

2. Основные виды термической обработки стали

После проката, литья, ковки, обработки резаньем и прочих видов обработки происходит неравномерное охлаждение заготовок. В результате чего появляется неоднородность, как структуры, так и свойств, а также появление внутренних напряжений. А также отливки при затвердевании получаются неоднородными по химическому составу. Для устранения таких дефектов и применяют отжиг.

Отжигом - называется вид термической обработки, состоящий в нагреве металла, имеющего неустойчивое состояние в результате предшествующей обработки и приводящей металл в более устойчивое состояние. При этом процессе заготовки и изделия получают устойчивую структуру без остаточных напряжений.

Цели отжига - снятие внутренних напряжений, устранение структурной и химической неоднородности, снижение твердости и улучшение обрабатываемости, подготовка к последующим операциям.

Отжиг делится на полный, неполный, диффузионный, рекристаллизационный, низкий, изотермический и нормализационный.

Полный отжиг применяется для снижения твердости, прочности стали, а пластичность при этом повышается. При полном отжиге в металле происходит, перекристаллизация стали и уменьшения размера зерна, за счёт чего и достигаются указанные выше свойства.

Неполный отжиг применяется, для улучшения обрабатываемости резанием и для подготовки стали к закаливанию.

Изотермический отжиг заключается, в нагреве стали до определённой температуры и относительно быстром охлаждении, также до определенных температур и последующем охлаждении на воздухе. При этом получается, более однородная структура стали. Изотермическая выдержка производится в расплаве соли.

Диффузионный отжиг заключается, в нагреве стали до 1000 - 1100 градусов по Цельсию, выдержке (10 - 15 часов) при этой температуре и последующем медленном охлаждении. В результате такого отжига происходит, выравнивание неоднородности стали по химическому составу. Такая высокая температура необходима для ускорения диффузионных процессов. При высокой температуре нагрева и продолжительной выдержке получается крупнозернистая структура, которая устраняется последующим полным отжигом.

Рекристаллизационный отжиг необходим для снятия наклёпа и внутренних напряжений после холодных деформаций и подготовки к дальнейшему деформированию. В результате такого отжига образуется однородная мелкозернистая структура с небольшой твердостью и значительной вязкостью.

Низкий отжиг применяют для того, что бы только снять внутреннее напряжение, которое возникает после механической обработки.

Нормализация состоит из нагрева стали, её выдержки при определенной температуре, после чего ее оставляют охлаждаться на воздухе. Нормализация - это более дешёвая термическая операция, чем отжиг, так как печи используют только для нагрева и выдержки.

Закалка. Суть этого процесса заключается, в нагреве стали до больших температур и после чего сталь быстро охлаждают. Цель закалки - это придание стали повышенной прочности, твердости, но при этом снижается вязкость и пластичность. Закалка характеризуется двумя способностями: закаливаемостью и прокаливаемостью. Закаливаемость характеризуется определённой твёрдостью, которую сталь приобретает после закалки, а также зависит от содержания углерода в данной стали. Стали с очень низким содержанием углерода (до 0,3) закалке не поддаются и она для них не применяется.

Прокаливаемость - это глубина проникновения закалённой зоны (области).

Прокаливаемость зависит от химического состава стали. С повышением содержания углерода прокаливаемость увеличивается. На прокаливаемость влияет также скорость охлаждения. Чем выше скорость охлаждения, тем больше прокаливаемость. Поэтому при закалке в воде прокаливаемость более высокая, чем при закалке в масле. Большие размеры закаливаемой детали также приводят к значительному уменьшению прокаливаемости.

Способы охлаждения относят к одной из операций термообработки.

По способу охлаждения различают виды закалки: в одной среде, в двух средах, ступенчатую и изотермическую.

Закалка в одной среде проще и наиболее чаще применяется, но недостаток её состоит в том, что возникают внутренние напряжения.

При закалке в двух средах, изделие сначала охлаждают в одной среде, а затем в другой (вода, масло, воздух).

Ступенчатую закалку производят путем быстрого охлаждения в соляной ванне, затем делают выдержку и охлаждают на воздухе. Ступенчатую закалку применяют для деталей из углеродистой стали небольшого сечения (8 - 10 мм). Для сталей, имеющих небольшую критическую скорость закалки, ступенчатую закалку применяют в основном для изделий большого сечения.

При изотермической закалке, как и при ступенчатой, детали переохлаждают в среде, далее на воздухе. Преимущества этого способа закалки заключается в большей вязкости, отсутствии трещин, минимальном короблении. Изотермическую закалку применяют для изделий сложной формы. Существенную роль играют также способы погружения деталей в охлаждающую жидкость. Например длинные изделия вытянутой формы (свёрла, метчики) погружают в строго вертикальном положении, чтобы избежать коробления.

Отпуск стали - это вид термической обработки, следующий за закалкой и заключающийся в нагреве стали до определённой температуры, выдержки и охлаждении. Цель отпуска стали - снятие внутренних напряжений, повышение вязкости и пластичности.

Различают низкий, средний и высокий отпуск. Низкий отпуск проводится при температуре 150 - 200 градусов Цельсия. В результате снимаются внутренние напряжения, происходит увеличение пластичности и вязкости без заметного снижения твердости и износостойкости. Низкому отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент, а также детали, которые должны обладать высокой износостойкостью и твёрдостью.

При среднем отпуске нагрев производится до 350 - 450 градусов Цельсия. При этом происходит некоторое снижение твёрдости при значительном увеличении упругости и сопротивляемости действию ударных нагрузок. Применяется для пружин, рессор, ударного инструмента.

Высокий отпуск производится при 550 - 650 градусов Цельсия. При этом твёрдость и прочность снижаются значительно, но очень сильно возрастают вязкость и пластичность, однако создаётся оптимальный вариант для конструкционных сталей сочетание механических свойств. Применяется для деталей, которые подвергаются действию высоких нагрузок. Термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением. Она является основным видом обработки конструкционных сталей. Продолжительность выдержки зависит от размеров деталей: чем они больше, тем длиннее выдержка. Низкий отпуск инструментов обычно происходит в течении 0,5 - 2,5 часа. Для измерительных инструментов проводят более длительный отпуск до 10 - 15 часов.

Термомеханическая обработка относится к комбинированным способам и представляет собой пластическую деформацию металла с закалкой. Как при закалке, так и при пластической деформации повышение прочности всегда связано с уменьшением пластичности. Преимуществом является то, что при большом увеличении прочности характеристики пластичности снижаются незначительно, а ударная вязкость в 1,5 - 2 раза выше по сравнению с той же маркой стали после закалки низким отпуском. Термомеханическая обработка делится на два способа: высокотемпературный и низкотемпературный.

При высокотемпературном сталь нагревают и подвергают деформации. Сразу после деформации сталь подвергается закалке, после закалки производят низкий отпуск.

При низкотемпературном сталь нагревается и охлаждается, после чего её деформируют. После деформации следует закалка. После закалки следует низкий отпуск.

Низкотемпературная обработка получила незначительное применение. Наиболее часто применяют высокотемпературную обработку. Её удобство в том, что заготовки сразу после окончания горячей обработки давлением: ковки или проката, могут подвергаться закалке без специального нагрева, используя только тепло после горячего деформирования. Преимущество этого процесса состоит в экономии топлива, для нагрева под закалку, сокращение времени изготовления деталей, повышении механических свойств, увеличение прочности, ударной вязкости при незначительном снижении пластичности.

3. Как осуществить защиту трубопроводов от блуждающих токов

Блуждающие токи, которые возникают в почве при использовании ее в качестве токопроводящей среды, - одна из основных опасностей для металлических трубопроводов. Они вызывают коррозию металла при полном или частичном его нахождении под землей, а в иных случаях, даже при соприкосновении с грунтом. Труба разъедается ржавчиной, образует течь, и, как результат, приходит в полную непригодность, не справляясь со своим функционалом. Основным критерием опасности блуждающих токов, вызывающих коррозию металлических трубопроводов, является наличие знакопеременной или положительной разницы потенциалов между землей и трубопроводом. Как же защитить металлические трубопроводы от блуждающих токов? Для этого можно использовать несколько методов. Пассивный метод защиты от коррозии: изоляция трубопровода от контакта с почвой и ограничение проникновения в нее блуждающих токов из окружающей среды. Этот способ подразумевает нанесение на трубу защитных покрытий, рациональный выбор трасс, а также специальные варианты прокладки труб. Изоляционные покрытия, выступающие в качестве защиты от блуждающих токов, могут быть: мастичные (каменноугольные грунтовки или битумные), порошковые, оплавляемые на трубах, экструдированные из расплава, эмалевые и другие. Кроме того, допустимо выполнять изоляцию с помощью полимерных липких лент и грунтовок. Главное, они должны удовлетворять требованиям технической документации. То есть, иметь термостойкость, биостойкость, высокие механические и диэлектрические свойства. Активный метод защиты от коррозии - катодная поляризация. Она может достигаться с помощью наложения тока от внешнего источника питания (катодная защита) или способом создания макрогальванической пары с алюминием, магнием, цинком, а также их сплавами (протекторная защита). При этом катодная поляризация должна быть устроена таким образом, чтобы поляризационные потенциалы не превышали значения для стали с защитным покрытием -1,1 В, без защитного покрытия - 0,85 В. Важно помнить, что защита труб не должна оказывать негативное влияние на соседние подземные металлические конструкции. Существует и еще один метод, довольно радикальный - это замена металлических труб на пластиковые. В этом случае, конструкции будут надежно защищены от блуждающих токов и прослужат несколько десятков лет, исправно выполняя свои функции.

4. Методы обнаружения дефектов сварки

термический обработка сталь сварка

Для обнаружения дефектов применяют различные методы контроля. Если при контроле не нарушается целостность сварного соединения, то используемый при этом метод относится к неразрушающим методам контроля.

К неразрушающим методам контроля относятся внешний осмотр, контроль на герметичность, методы обнаружения скрытых дефектов (магнитный, радиационный, ультразвуковой), методы обнаружения дефектов выходящих на поверхность (магнитный, люминесцентный, цветной).

Внешний осмотр выполняют невооруженным глазом или с использованием лупы (обычно не более 10 кратного увеличения), а также различного мерительного инструмента и шаблонов.

Контролю на герметичность подвергают емкости, сосуды и трубопроводы. При гидравлическом испытании внутри емкости создают избыточное давление жидкости, превышающее в 1,5 - 2 раза рабочего давления, и после выдержки 5 - 10 мин. осматривают с целью обнаружения течи.

Хорошие результаты при обнаружении негерметичности дает керосино-меловая проба. Контролируемую поверхность окрашивают мелом, а с противоположной стороны заготовку (или сварочный шов) смазывают керосином. При наличии неплотности керосин проникает через дефекты размером 0,1 мм. и менее и выступает в виде темных пятен на окрашенной мелом поверхности. Испытания на непроницаемость могут выполняться также пневматическим, вакуумным методами и с помощью гелиевого течеискателя.

Магнитные методы контроля основаны на обнаружении полей магнитного рассеяния, образующихся в местах расположения дефектов при намагничивании контролируемых заготовок. Достаточно прост метод магнитного порошка. На поверхность намагниченной (например, соленоидом) заготовки наносят железные опилки. Над местом расположения дефекта создаются скопления порошка. Этим способом можно обнаружить невидимые невооруженным глазом поверхностные трещины, внутренние трещины, залегающие не глубже 15 мм, расслоение металла, поры, включение шлака. При индукционном методе магнитный поток в заготовке наводят электромагнитом переменного тока, а дефекты обнаруживают катушкой искателя, в которой полем рассеяния создается ЭДС, вызывающая звуковой или оптический сигнал на индикаторном устройстве.

Радиационные методы основаны на способности рентгеновского и гамма-излучения проникать через металлы. Выявление дефектов происходит за счет того, что участки металла с дефектами и без дефектов по-разному поглощают излучение. Испускаемое рентгеновской трубкой излучение проходит через металл и фиксируется на чувствительной фотопленке. В местах, где имеются дефекты, на пленке образуются более темные пятна. Чувствительность метода позволяет выявлять дефекты, размеры которых составляют 1-3% толщины металла. Вид и размеры дефектов определяют сравнением проявленной пленки с эталонными снимками.

При просвечивании заготовок гамма-излучением источниками излучения служат радиоактивные изотопы, например, кобальт - 60. Ампулу с таким изотопом помещают в свинцовый контейнер для защиты обслуживающего персонала. Гамма-излучение может проникать в металл глубже, чем рентгеновское, и позволяет просвечивать заголовки с толщиной металла до 300мм.

Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых волн отражаться от поверхности раздела двух сред. В дефектоскопии ультразвуковые волны получают в пьезоэлектрических материалах (кварц, сульфат лития, титан бария и др.). Пьезоэлектрический щуп ультразвукового дефектоскопа помещают на поверхность контролируемой заготовки и периодически в виде импульсов посылают в металл направленные ультразвуковые колебания, частота которых обычно превышает 20 кГц. При встрече с дефектом возникает отраженная ультразвуковая волна, которая воспринимается другим щупом (а иногда тем же, подающим). Отраженный сигнал преобразуют в электрический и подают на осциллограф, на экране которого возникает импульс в виде пика. Ультразвуковой контроль позволяет обнаружить дефект размером 1 - 2% толщины заготовки, определить его местонахождение, однако не всегда позволяет установить вид дефекта.

Люминесцентный метод основан на способности некоторых веществ светиться в холодном состоянии под воздействием освещения, электрического тока или химических реакций. Явление свечения некоторых веществ под действием светового излучения ультрафиолетового диапазона называется флюоресценцией. Светящиеся вещества называются люминофорами. Метод пригоден для выявления только поверхностных дефектов, в которые может проникнуть люминофор. Испытуемую деталь помещают в раствор люминофора в керосине или трансформаторном масле (чтобы деталь не корродировала) и выдерживают 15 мин. Раствор проникает в поверхностные дефекты, и после удаления его остатков деталь сушат. Под действием ультрафиолетового облучения люминофор, остающийся в поверхностных дефектах, начинает светиться и выявляет их.

К разрушающим методам контроля относятся механические испытания, металлографические исследования, а также специальные испытания с целью получения тех или иных характеристик (например, усталостной прочности, коррозионной стойкости). Эти испытания проводят на специальных образцах, вырезанных из сварных соединений.

5. Опишите, что обозначают буквы и цифры в марках стали

БСт6 - сталь обыкновенного качества, группы Б, марки 6.

АС20 - сталь автоматная, свинцово содержащая, содержит углерод 0,2%.

14Г2 - сталь качественная, углеродистая, конструкционная содержит:

Углерод - 0,14%.

Г - марганец - 2%.

Список литературы

1. Кузьмин Б.А. Технология металлов и конструкционные материалы: учебник для машиностроительных техникумов / Б.А. Кузьмин, Ю.Е. Абраменко, М.А. Кудрявцев, В.Н. Евсеев, В.Н. Кузьминцев. - М.: Машиностроение, 1989. - 496с.

2. Сеферов Г.Г. Материаловедение: учебник / Г.Г. Сеферов, В.Т. Батиенков, Г.Г. Сеферов, А.Л. Фоменко. - М.: Инфра - М, 2005.- 150с.

3. Козлов Ю.С. Материаловедение / Ю.С.Козлов. - М.: Агар, 2000. 180с.

Размещено на Allbest.ru