Разновидность процессов получения стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

По дисциплине "Материаловедение и технология конструкционных материалов"

Кемерово 2014



Содержание

ВОПРОС 1. В чем заключается сущность производства стали из чугуна? Какие существуют разновидности процессов получения стали? Дайте их сравнительную характеристику

ВОПРОС 2. Изобразите диаграмму состояния сплавов системы железо-углерод и проведите анализ ее по основным точкам, линиям, областям. Дайте определения основным структурным составляющим этой диаграммы

ВОПРОС 3. Опишите основные виды дефектов, возникающих в результате закалки стали, причины их возникновения и способы предотвращения

ВОПРОС 4. Охарактеризуйте свойства, строение, приведите примеры применения жаропрочных и жаростойких сталей

ВОПРОС 5. Опишите технологический процесс изготовления деталей из термореактивных пластмасс методом прессования. Приведите схему процесса

Расчетно-графическая работа. Задача

Список используемой литературы



ВОПРОС 1. В чем заключается сущность производства стали из чугуна? Какие существуют разновидности процессов получения стали? Дайте их сравнительную характеристику

Стали - железоуглеродистые сплавы, содержащие практически до 1,5 % углерода, при большем его содержании значительно увеличиваются твёрдость и хрупкость сталей и они не находят широкого применения.

Основными исходными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап).

Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне. Поэтому сущность любого металлургического передела чугуна в сталь - снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Железо окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильных печах:

2Fe+O2=2FeO+Q.

Одновременно с железом окисляются кремний, фосфор, марганец и углерод. Образующийся оксид железа при высоких температурах отдаёт свой кислород более активным примесям в чугуне, окисляя их.

Процессы выплавки стали осуществляют в три этапа.

Первый этап - расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла.

Температура металла сравнительно невысокая, интенсивно происходит окисление железа, образование оксида железа и окисление примесей: кремния, марганца и фосфора.

Наиболее важная задача этапа - удаление фосфора. Для этого желательно проведение плавки в основной печи, где шлак содержит СаО. Фосфорный ангидрид Р2О5 образует с оксидом железа нестойкое соединение (FeO)3 Ч Р2О5. Оксид кальция СаО - более сильное основание, чем оксид железа, поэтому при невысоких температурах связывает Р2О5 и переводит его в шлак:

2P+5FeO+4CaO>(CaO)4ЧР2О5 +5Fe.

Для удаления фосфора необходимы невысокие температуры ванны металла и шлака, достаточное содержание в шлаке FeO. Для повышения содержания FeO в шлаке и ускорения окисления примесей в печь добавляют железную руду и окалину, наводя железистый шлак. По мере удаления фосфора из металла в шлак содержание фосфора в шлаке увеличивается. Поэтому необходимо убрать этот шлак с зеркала металла и заменить его новым со свежими добавками СаО.

Второй этап - кипение металлической ванны - начинается по мере прогрева до более высоких температур.

При повышении температуры более интенсивно протекает реакция окисления углерода, происходящая с поглощением теплоты:

FeO+C=CO+Fe-- Q.

Для окисления углерода в металл вводят незначительное количество руды, окалины или вдувают кислород.

При реакции оксида железа с углеродом пузырьки оксида углерода CO выделяются из жидкого металла, вызывая «кипение ванны». При «кипении» уменьшается содержание углерода в металле до требуемого, выравнивается температура по объёму ванны, частично удаляются неметаллические включения, прилипающие к всплывающим пузырькам CO, а также газы, проникающие в пузырьки CO. Всё это способствует повышению качества металла. Следовательно, этот этап -- основной в процессе выплавки стали.

Также создаются условия для удаления серы. Сера в стали находится в виде сульфида (FeS), который растворяется также в основном шлаке. Чем выше температура, тем большее количество сульфида железа FeS растворяется в шлаке и взаимодействует с оксидом кальция CaO:

FeS+CaO=CaS+FeO.

Образующееся соединение CaS растворяется в шлаке, но не растворяется в железе, поэтому сера удаляется в шлак.

Третий этап - раскисление стали, заключается в восстановлении оксида железа, растворённого в жидком металле.

При плавке повышение содержания кислорода в металле необходимо для окисления примесей, но в готовой стали кислород - вредная примесь, так как понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах.

Сталь раскисляют двумя способами: осаждающим и диффузионным.

Осаждающее раскисление осуществляется введением в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо.

В результате раскисления восстанавливается железо, образуются оксиды: MnO, SiO2, Al2O5, которые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак.

иффузионное раскисление осуществляется раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и алюминий в измельчённом виде загружают на поверхности шлака. Раскислители, восстанавливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке. Следовательно, оксид железа, растворённый в стали, переходит в шлак. Образующиеся при этом процессе оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, при этом в стали снижается содержание неметаллических включений и повышается ее качество.

В зависимости от степени раскисления выплавляют следующие виды стали:

а) спокойные,

б) кипящие,

в) полуспокойные.

Поведение металла при кристаллизации в изложнице зависит от степени раскисленности: чем полнее раскислена сталь, тем спокойнее кристаллизуется слиток.

Спокойная сталь получается при полном раскислении в печи и ковше, она кристаллизуется без видимых эффектов, спокойно.

Кипящая сталь раскислена в печи неполностью. Ее раскисление продолжается в изложнице при затвердевании слитка благодаря взаимодействию оксида железа и углерода:

FeO+C-- Fe+CO.

Образующийся оксид углерода CO выделяется из стали, способствуя удалению из стали азота и водорода, газы выделяются в виде пузырьков, вызывая её кипение. Кипящая сталь не содержит неметаллических включений, поэтому обладает хорошей пластичностью.

Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной сталью и кипящей. Частично она раскисляется в печи и в ковше, а частично - в изложнице благодаря взаимодействию оксида железа и углерода, содержащихся в стали.

Легирование стали осуществляется введением ферросплавов или чистых металлов в необходимом количестве в расплав. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду меньше, чем у железа (Ni, Co, Mo, Cu), при плавке и разливке не окисляются, поэтому их вводят в любое время плавки. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа (Si, Mn, Al, Cr, V, Ti), вводят в металл после раскисления или одновременно с ним в конце плавки, а иногда -- в ковш.

Разновидность процессов получения стали

С момента изобретения стали, менялись и совершенствовались способы ее производства. В настоящее время существует несколько приоритетных способов производства стали. К ним относятся кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный способы производства (или плавления) стали. В основе всех этих способов лежит окислительный процесс, направленный на снижение в чугуне некоторых веществ. Давайте остановимся на каждом способе более подробно и рассмотрим их отличия.

Кислородно-конвертерный способ

Первое использование кислородно-конвертерного способа приходится на пятидесятые годы двадцатого столетия. В процессе производства стали, чугун продувают в конвертере чистым кислородом. При этом, процесс происходит без затраты топлива. Для того, чтобы переработать 1 тонну чугуна в сталь требуется около 350 кубометров воздуха. Стоит отметить, что кислородно-конвертерный способ получения стали является наиболее актуальным на сегодняшний день. При этом, процесс не ограничивается на одном способе вдувания кислорода. Различают кислородно-конвертерный процесс с комбинированной, верхней и нижней поддувкой. Конвертерный способ производства стали с комбинированной поддувкой является наиболее универсальным.

Для осуществления этого метода необходим конвертер. Подача кислорода осуществляется через водоохлаждаемую фурму под давлением. В данном случае, процесс окисления является наиболее значимым. Окисление чугуна происходит под воздействием дутья. В результате окисления выделяется тепло, что способствует снижению примесей и повышению температуры металла. далее происходит так называемое раскисление металла.

Мартеновский способ

В процессе производства стали мартеновским способом, участвует специальная отражательная печь. Для того чтобы нагреть сталь до нужной температуры (2000 градусов), в печь вводят дополнительное тепло с помощью регенераторов. Это тепло получают за счет сжигания топлива в струе нагретого воздуха. Обязательное условие - топливо должно полностью сгорать в рабочем пространстве.

Особенностью мартеновского способа производства стали является то, что количество кислорода, подаваемого в печь, превышает необходимый уровень. Это позволяет создать воздействие на металл окислительной атмосферы. Сырье (чугун, железный и стальной лом) погружается в печь, где подвергается плавлению в течение 4 - 6 часов. В процессе плавления есть возможность проверять качество металла, путем взятия пробы. В мартеновской печи возможно получать специальные сорта стали. Для этого в сырье вводят необходимые примеси.

Электросталеплавильный способ

В результате электросталеплавильного способа, получают сталь высокого качества. Процесс этот происходит в специальных электрических печах. Основной принцип электросталеплавильного способа производства стали - использование электроэнергии для нагрева металла. Механизм производства следующий: в результате горения нагревательного элемента, выделяется тепло, за счет преобразования электроэнергии в тепловую энергию.

Важно отметить, что процесс выплавки связан с выработкой шлаков. Качество получаемой стали во многом зависит от количества и состава шлаков. Основной причиной образования шлаков, в процессе производства стали, является окисление шихты из оксидов.

Благодаря шлакам, происходит связь оксидов, которые образуются в процессе окисления чугуна, а так же удаление ненужных примесей. Кроме этого, шлаки являются передатчиками тепла и кислорода. Присутствие шлаков в процессе производства стали оказывает благотворное влияние на качество стали. Определенное соотношение количества шлаков выводит из стали ненужные вредоносные вещества, например, фосфор. Кроме вышеперечисленных способов производства стали, известны и такие способы, как производство стали в вакуумных индукционных печах, плазменно-дуговая сварка.

Давайте подробнее остановимся на способе производства особо чистой стали, а так же жаропрочных сплавов. Суть способа состоит в выплавке в вакуумных печах. После такой выплавки, сталь дополнительно переплавляют вакуумным дуговым переплавом. Что дает возможность получения качественной однородной стали. Такая сталь применяется, в основном, в авиакосмической промышленности, атомной энергетике и других важных отраслях.

Мы рассмотрели основные способы производства стали. Выбор способа всегда зависит от поставленных задач, удобства применения оборудования, необходимого качества полученной стали и от других факторов. Естественно, что каждый способ имеет свои преимущества и свои недостатки.



ВОПРОС 2. Изобразите диаграмму состояния сплавов системы железо-углерод и проведите анализ ее по основным точкам, линиям, областям. Дайте определения основным структурным составляющим этой диаграммы

Выше линии AC все сплавы находятся в жидком состоянии, и число степеней свободы C=К-Ф+1=2-1+1=2. Это значит, что сплавы можно нагревать и охлаждать, менять их концентрацию и они остаются жидкими в состоянии равновесия. Между линиями AC и AEC и линиями CD и CF сплавы двухфазны, состоят из твердой фазы и жидкости, и при этом число степеней свободы равно C=2-2+1=1. Из вышесказанного следует, что система в данных областях располагает только одной степенью свободы и для сохранения ее в равновесии можно менять только один фактор - либо температуру, либо концентрацию. Две фазы и одна степень свободы имеются также во всех других областях диаграммы, кроме аустенитной, где между линиями AE и GSE система однофазна и располагает двумя степенями свободы С=2-1+1=2. На горизонтальных линиях ECF и PSK система трехфазна, и число степеней свободы С=2-3+1=0. На линии ECF при охлаждении образуется ледебурит, а на линии PSK - перлит. Нулевая степень свободы на этих линиях обусловливает строго постоянные температуры при образовании ледебурита (1147⁰С) и перлита (727⁰С). Из таблицы видно, что две фазы и одну степень свободы имеют все кривые линии и точки A, D, G, Q; три фазы и нулевую степень свободы - точки P, S, E, C; в точках K, F фазовых превращений нет, нанесены они условно.

Характеристика структурных составляющих диаграммы железо - цементит

Фазовые превращения на линиях диаграммы железо-цементит

Обозначение линий	Фазовые превращения на линиях (при охлаждении)	Перечень фаз
ВC	Начало выделения аустенита из жидкости	Аустенит + жидкость
AE	Конец выделения аустенита из жидкости	Аустенит + жидкость
JC	Конец выделения аустенита из жидкости и образование ледебурита	Аустенит + цементит + жидкость
CD	Начало выделения цементита первичного из жидкости	Жидкость + цементит
CF	Конец выделения цементита первичного из жидкости и образование ледебурита из жидкости	Жидкость + цементит + аустенит
ECF	Образование ледебурита из жидкости	Жидкость + цементит + аустенит
GS	Начало выделения феррита из аустенита	Аустенит + феррит
PS	Конец выделения феррита из аустенита и образование перлита из аустенита	Аустенит + феррит + цементит
PSK	Образование перлита из аустенита	Аустенит + феррит + цементит
SE	Начало выделения цементита вторичного из аустенита	Аустенит + цементит
SK	Конец выделения цементита вторичного из аустенита и образование перлита из аустенита	Аустенит + цементит + феррит
PQ	Начало выделения цементита третичного из феррита	Феррит + цементит



Критические точки диаграммы состояния железо - цементит:

А₁ = 727⁰С;

А₂ = 768⁰С - называется температурой Кюри. Ниже этой точки железо обладает магнитными свойствами, при переходе через эту точку магнитные свойства железа исчезают;

А₃ - соответствует точкам лежащим на линии GS;

А_сm - соответствует точкам, лежащим на линии ES.

ВОПРОС 3. Опишите основные виды дефектов, возникающих в результате закалки стали, причины их возникновения и способы предотвращения

В результате перегрева при закалке возникает крупноигольчатый мартенсит. Механические свойства перегретой стали низкие. Исправить перегрев можно следующим образом: произвести отжиг и вновь закалить.

Закалочные трещины чаще всего возникают при слишком быстром охлаждении и нагревании стали.

Для борьбы с закалочными трещинами используют равномерный нагрев и равномерное охлаждение детали; применяют закалки, которые обеспечивают медленное охлаждение детали в интервале мартенситного превращения.

Коробление возникает из-за слишком неравномерного охлаждения отдельных частей деталей. На коробление значительно влияют форма детали и способ погружения детали в охлаждающую среду.

Для борьбы с короблением необходимо правильно выбирать режим закалки, применять закалку в закалочных штампах.

Недогрев получается в том случае, если сплав нагрет до температуры ниже соответствующей критической точки. При этом не происходит полного превращения исходной структуры сплава в состояние или полиморфную форму, необходимые для получения требуемой структуры и свойств при закалке. Например, если доэвтектоидную сталь нагреть до температуры немного ниже критической точки Ас3, то часть феррита исходной структуры не превратится в аустенит. После закалки аустенит превратится в пересыщенный твердый раствор (мартенсит), а феррит не перешедший при нагреве в аустенит, останется в структуре закаленной стали. Это приведет к значительному снижению твердости закаленной стали.

Перегрев наблюдается при нагреве металла или сплава в процессе термической обработки до температуры намного выше рекомендуемой. Тогда значительно увеличиваются размеры зерен и при последующей закалке с структуре пересыщенного раствора сохраняется крупное зерно, что неблагоприятно сказывается на механических свойствах (уменьшаются прочность, пластичность).

Причина роста зерен металла при чрезмерном нагреве и длительной выдержке - естественное стремление зерна к минимальной свободной энергии, которая в структуре металла прямо пропорционально зависит от общей площади поверхности зерен. С уменьшением площади поверхности зерен свободная энергия структуры уменьшается при одном и том же поверхностном натяжении.

Перегрев как дефект исправить за счет повторного нормального нагрева, выдержки и охлаждения, т.е. перекристаллизацией.

Пережог получается в том случае, если металл или сплав нагрет до температуры, близкой к температуре плавления. В этом случае происходит окисление металла по границам зерен, что приводит к охрупчиванию. Пережог - неисправимый дефект.

сталь дефект закалка жаропрочный

ВОПРОС 4. Охарактеризуйте свойства, строение, приведите примеры применения жаропрочных и жаростойких сталей

Жаропрочные и жаростойкие стали

По структурному состоянию жаропрочные и жаростойкие стали могут быть перлитными, мартенситными, мартенситно-ферритными и аустенитными. Жаростойкие стали, кроме того, могут быть ферритными, аустенитно-мартенситными и аустенитно-ферритными.

К перлитным сталям относятся хромокремнистые и хромомолибденовые стали (сильхромы).

Химический состав некоторых сильхромов, %
Марка сильхромов	С	Сr	Si	Mo	Ni	Температура начала окисления, oC
Х6С	<0,15	5,0-6,5	1,5-2,0	-	<0,6	750
Х9С2	0,35-0,5	8,0-9,0	2,0-3,0	-	<0,6	800
Х6СМ	<0,15	5,0-6,5	1,5-2,0	0,45-0,6	<0,6	800
Х7СМ	<0,15	6,5-8,0	1,5-2,0	0,45-0,6	<0,6	-
Х10С2М	0,35-0,45	9,0-10,5	1,9-2,6	0,7-0,9	<0,6	900
Х13Н7С2	0,25-0,37	11,0-14,5	2,0-3,0	-	6,0-7,5	-

Примечание Mn <0,7%; S и P <0,03%.

Критические точки сильхромов очень высоки , а температура закалки составляет от 950 до 1100^oC. Отпуск после закалки производится при 700-800^oC для получения структуры сорбита с твердостью 25-35 HRC. Несоблюдение режимов термической обработки может приводить к хрупкости, так как при высоком нагреве под закалку хромокремнистая сталь значительно обезуглероживается; укрупняется зерно и понижается вязкость. Введение Si и Cr повышает склонность стали к отпускной хрупкости, в то же время введение Mo наоборот уменьшает отпускную хрупкость, препятствует значительному укрупнению зерна и повышает жаропрочность. Введением 1-2% Ni достигается сопротивление окислению при температуре до 900^oC. Отсутствие Ni обеспечивает достаточную антикоррозионную стойкость сильхромов в среде сернистых газов. Однако эти стали склонны к охрупчиванию, что может быть несколько уменьшено термической обработкой. В перлитной стали при работе в условиях повышенных температур протекают превращения, приводящие к появлению тепловой хрупкости, т.е. снижению ударной вязкости в результате длительного воздействия повышенной температуры (400-800^oC) и нагрузки или только повышенной температуры. Снижение ударной вязкости не сопровождается изменением пластичности или прочности. Хрупкость в основном зависит от температуры и длительности нагрева, химического состава и строения стали. Наибольшей склонностью к тепловой хрупкости обладают хромоникелевая, марганцовистая и медистая стали.

Мартенситные стали. Увеличение содержания хрома повышает жаростойкость и переводит сталь из перлитных в мартенситные. Наиболее распространенные стали этого класса приведены в таблице.

Химический состав и назначение мартенситных жаропрочных и жаростойких сталей
Марка стали	Химический состав, %	Назначение
	С	Si	Mn	Cr	Прочие элементы
Жаропрочные
Х5М	<0,15	<0,5	<0,5	4,5-6,0	0,45-0,60 Mo	Детали и узлы при 550-600oC в течении 104 - 105ч
Х5ВФ	<0,15	0,3-0,6	<0,5	4,5-6,0	0,4-0,7 W; 0,4-0,6 V
Х6СМ	<0,15	1,5-2,0	<0,7	5,0-6,5	0,45-0,60 Mo	Детали при 660oC в течении 103 - 104ч
1Х8ВФ	0,08-0,15	<0,6	<0,5	7,0-8,5	0,6-1,0 W; 0,3-0,5 V	Детали при 500oC в течении 103 - 104ч
1Х12H2ВМФ	0,1-0,16	<0,6	<0,6	10,5-12,0	1,5-1,8 Ni; 1,6-2,0 W; 0,35-0,50 Mo; 0,18-0,3 V	Ненагруженные детали турбин при 600oC в течении 102 - 103ч
1Х8ВФ	0,16-0,24	<0,6	<0,5	12,0-14,0	-	Детали паровых турбин при 500oC в течении 104- 105ч
Жаростойкие
Х5	<0,15	<0,5	<0,5	4,5-6,0	-	Трубы при 600-650oC
4Х9С2	0,35-0,45	2,0-3,0	<0,7	8,0-10,0	-	Клапаны автомобильных моторов при 850oC
4Х10С2Н	0,35-0,45	1,9-2,6	<0,7	9,0-10,5	0,7-0,9 Mo
3Х13Н7С2	0,25-0,34	2,0-3,0	<0,7	12,0-14,0	6,0-7,0 Ni	Клапаны автомобильных моторов при 950oC

Мартенситно-ферритные стали обычно являются выскохромистыми (10-14% Cr), легируются W, Mo, V и другими элементами. В машиностроении эти стали используют для изготовления деталей, предназначенных на значительный срок службы при температурах до 600^oC.

Химический состав и назначение мартенситно-ферритных жаропрочных и жаростойких сталей
Марка стали	Химический состав, %	Назначение
	С	Si	Mn	Cr	Прочие элементы
Жаропрочные
1Х11МФ	0,12-0,19	<0,5	<0,7	10,0-11,5	0,6-0,8 Mo; 0,25-0,4 V	Лопатки паровых турбин при 550oC в течении 104 - 105ч
1Х12ВНМФ	0,12-0,18	<0,4	0,5-0,9	11,0-13,0	0,7-1,1 W; 0,5-0,7 Mo; 0,4-0,8 Ni; 0,15-0,3 V	Роторы, диски, и лопатки турбин при 550-580oC в течении 104 - 105ч
2Х12ВМБФР	0,15-0,22	<0,5	<0,5	11,0-13,0	0,4-0,7 W; 0,40-0,60 Mo; 0,2-0,4 Nb; 0,15-0,3 V	Роторы, диски, и лопатки турбин при 570-600oC в течении 104 - 105ч
1Х12В2МФ	0,10-0,17	<0,5	0,5-0,8	11,0-13,0	1,7-2,2 W; 0,6-0,9 Mo; 0,15-0,3 V	Роторы, диски, и лопатки турбин при 565-600oC в течение 104 - 105ч
Жаростойкие
Х6СЮ	<0,15	1,2-1,8	<0,5	5,5-7,0	0,7-1,1 Al	Детали котельных установок при 800oC
1Х13	0,09-0,15	<0,6	<0,6	12,0-14,0	-	Детали турбин и котлов при 700oC

Ферритные жаростойкие стали - это стали с 25-33% Cr. После горячей обработки и отжига при 760-780^oC стали приобретают мелкозернистую структуру. При нагреве выше 850^oC они преобретают крупнозернистую структуру и хрупкость. Нагрев до 475^oC или медленное охлаждение с высоких температур еще более увеличивает хрупкость и уменьшает антикоррозийную стойкость. Хрупкость также увеличивается с повышением содержания хрома.

Химический состав и назначение ферритных жаростойких сталей
Марка стали	Химический состав, %	Назначение
	С	Si	Mn	Cr	Прочие элементы
1Х12СЮ	0,07-0,12	1,2-2,0	<0,7	12,0-14,0	1,0-1,8 Al	Клапаны автотракторных моторов при 950oC
Х17	<0,12	<0,8	<0,7	16,0-18,0	-	Теплообменники при 900oC
0Х17Т	<0,08	<0,80	<0,70	16,0-18,0	0,80 Ti	Теплообменники при 900oC
Х18СЮ	<0,15	1,0-1,5	<0,5	17,0-20,0	0,7-1,2 Al	Пиролизная аппаратура при 1050oC
Х25Т	<0,15	1,0	<0,8	24,0-27,0	-
Х28	<0,15	1,0	<0,80	27,0-30,0	-	Пиролизная аппаратура при 1100-1150oC

Аустенитно-ферритные жаростойкие стали. В связи с легированием высокохромистых сталей различными элементами (а также аустенитнообразующими элементами типа Ni) значительное применение получили многие аустенитно-ферритные стали. Аустенитно-ферритные стали обладают большей жаропрочностью по сравнению с высокохромистыми сталями. Основным требованием к этим сталям является стабильность их строения. В аустенитно-ферритных сталях при нагреве на 450-500^oC развивается значительная хрупкость, исключающая их применение для изготовления нагруженных деталей.

Химический состав и назначение аустенитно-ферритных жаростойких сталей
Марка стали	Химический состав, %	Назначение
	С	Si	Mn	Cr	Ni
0Х20Н14С2	<0,08	2,0-3,0	<1,5	19,0-22,0	12,0-15,0	Трубы, печные конвейеры, поддоны для цементации при 1000-1050oC
Х20Н14С2	<0,2	2,0-3,0	<1,5	19,0-22,0	12,0-15,0
Х23Н13	<0,20	<1,00	<2,00	22,0-25,0	12,0-15,0 V	Пирометрические трубки при 1050oC

Аустенитные стали. Широко распространены хромоникелевые аустенитные стали. Cr обеспечивает жаростойкость, а Ni - аустенитную структуру. Жаростойкие хромоникелевые аустенитные стали содержат мало С; иногда они имеют небольшое количество Ti или Nb для устранения склонности к интеркристаллитной коррозии. Эти стали, помимо высокой антикоррозионной стойкости в агрессивных средах, обладают стойкостью к образованию окалины при работе до 900-1000^oC. Наибольшее применение получили жаропрочные дисперсионно-твердеющие аустенитные стали.

В зависимости от типа упрочнения они подразделяются на две основные группы: .

1. аустенитные стали с карбидным упрочнением;.

2. аустенитные стали, упрочненные интерметаллическими соединениями..

Упрочнение жаропрочных аустенитных сталей осуществляется в результате дисперсионного твердения. Для этого они подвергаются термической обработке, состоящей из закалки на аустенит и последующего длительного старения при 700-750^oC.

Химический состав и назначение аустенитных жаропрочных и жаростойких сталей
Группа стали	Марка стали	Химический состав, %	Назначение
		С	Cr	Ni	Прочие элементы
Гомогенные	1Х14Н16Б	0,07-0,12	13,0-15,0	14,0-17,0	0,9-1,3 Nb	Трубы пароперегревателей и трубопроводов установок сверхвысокого давления при 650-700oC в течение 104- 106ч
	1Х14Н18В2Б	0,07-0,12	13,0-15,0	18,0-20,0	2,0-2,7 W; 0,9-1,3 Nb
	Х18Н10T	<0,12	17,0-19,0	9,0-11,0	0,5-0,7 Ti; (C-0,02)	Детали выхлопных систем при 600oC
	Х18Н12T	<0,12	17,0-19,0	11,0-13,0	0,5-0,7 Ti; (C-0,02)
	Х23Н18	<0,20	22,0-25,0	17,0-20,0	-	Трубы и арматура при нагрузках и 1000oC в течение 103 - 104ч
	Х25Н16Г7АР	<0,12	23,0-26,0	15,0-18,0	0,3-0,45 N
	Х25Н20C2	<0,20	24,0-27,0	18,0-21,0	-	Трубы и арматура при нагрузках и 800-950oC в течение 102 - 103ч; Подвески и опоры котлов при 1150-1200oC
Дисперсионно-твердеющие	4Х12Н8Г8МФБ	0,34-0,40	11,5-13,5	7,0-9,0	1,1-1,4 Mo; 0,25-0,45 Nb; 1,2-1,5 V	Диски турбин при 600-630oC в течение 103 - 104ч
	Х12Н20Т3Р	<0,10	10,0-12,5	18,0-21,0	2,6-3,2 Ti	Детали турбин при 700oC в течение 102- 103ч
	4Х14Н14В2М	0,40-0,50	11,0-13,0	13,0-15,0	2,0-2,7 W; 0,2-0,4 Mo	Клапаны моторов при 600-650oC в течение 104 - 106ч
	0Х14Н28В3Т3ЮР	<0,08	13,0-15,0	26,0-29,0	2,8-3,5 W; 2,4-3,2 Ti; 0,5-1,2 Al	Диски турбин при 750oC в течение 102- 103ч

ВОПРОС 5. Опишите технологический процесс изготовления деталей из термореактивных пластмасс методом прессования. Приведите схему процесса

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРЕССОВАНИЯ

Таблетирование пресс-материалов -- это процесс холодного прессования на различных таблетировочных машинах: эксцентриковых, ротационных и гидравлических. Наибольшее распространение получили машины гидравлические и эксцентриковые [14-3]. Таблетировочные машины, как правило, высокопроизводительные: одна машина может обеспечить таблетками от 10 до 50 прессов для прессования деталей электроаппаратов.

Таблетирование дает следующие преимущества:

1) уменьшение загрузочного пространства пресс-форм; 

2) уменьшение содержания воздуха в таблетках по сравнению с рыхлым материалом и вследствие этого --  ускорение процесса нагревания, а в конечном счете -- прессования;

3) ускорение дозировки пресс-материала при его загрузке в пресс-форму;

4) уменьшение потерь при загрузке таблеток по сравнению с процессом дозировки рыхлого пресс-материала;

5) получение более равномерного и удобного предварительного нагрева таблеток по сравнению с нагревом рыхлого пресс-материала:

6) возможность получения высококачественных деталей сложных форм путем применения специальных таблеток.

Процесс прессования состоит из следующих стадий:

1) дозировка пресс-материала. Она может быть весовая, объемная, штучная (для таблеток).

2) предварительный нагрев в генераторе токами высокой частоты происходит равномерно и быстро, материал прогревается по всему объему одновременно, поэтому такой нагрев следует широко применять.

3) загрузка пресс-материала в пресс-форму.

4) опускание ползуна пресса и замыкание пресс-формы.

5) прогрев пресс-материала в пресс-форме.

6) подпрессовка  --  это операция кратковременного размыкания и смыкания пресс-формы для выпуска газообразных продуктов во время прессования.

7) выдержка под высоким давлением. Она начинается с момента смыкания пресс-формы. Время выдержки колеблется от 15 с до 1 мин на 1 мм толщины детали в зависимости от применяемого пресс-материала.

8) распрессовка, снятие детали и очистка пресс-формы;

9) термообработка. Производится для некоторых видов деталей и из определенных материалов. Не полностью полимеризованные детали выгружаются из пресс-форм и загружаются в печь на несколько часов, где происходит полностью процесс отверждения. Это делается при массовом производстве деталей.

Расчетно-графическая работа. Задача

Пружина клапана

Марка стали 50ХФА

Твердость после термической обработки HRC, HB 42-49

Сталь конструкционная рессорно-пружинная

Применение: тяжелонагруженные ответственные детали, к которым предъявляются требования высокой усталостной прочности, пружины, работающие при температуре до 300°С и другие детали.

Химический состав стали 50ХФА в процентном соотношении

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	V	Cu
0.46 - 0.54	0.17 - 0.37	0.5 - 0.8	до 0.25	до 0.025	до 0.025	0.8 - 1.1	0.1 - 0.2	до 0.2

Механические свойства стали 50ХФА Технологические свойства стали 50ХФА Свариваемость: не применяется для сварных конструкций. Флокеночувствительность: не чувствительна. Склонность к отпускной хрупкости: малосклонна. Обозначения: sв - Предел кратковременной прочности, [МПа] sT - Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа] d5- Относительное удлинение при разрыве, [ % ] y- Относительное сужение, [ % ] KCU- Ударная вязкость, [ кДж / м2] HB- Твердость по Бринеллю

Сталь 5ОХФА - сталь перлитного класса. Критические точки стали: А1=75010 0С, А3=82010 оС. Сталь подвергают полной закалке, при этом ее нагревают до образования однородной структуры.

Рис 1. Диаграмма изотермического распада аустенита стали 50ХФА

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит), обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита. Рассмотрим превращения, происходящие в стали 50ХФА при нагреве исходной равновесной структуры Ф + Ц. На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры А1 (750 оС для стали 50ХФА). При температуре А1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна): аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются два процесса: полиморфный переход и растворение цементита в аустените. Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получение гомогенного аустенита.

Клапанные прижины делают из стали 50ХФА не склонной к обезуглерожианию и перегреву но имеющей малую прокаливаемость.

Термическая обработка легированных пружинных сталей (закалка 850-880°С отпуск 380-550°С) обеспечивают получение высоких пределов прочности и текучести. Применяется также изотермическая закалка.

Максимальный придел выносливости получают при термической обработке на твердость HRC 42-48.

При этом, чем выше дисперсность структуры перлита (Ф + Ц) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение же дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений.

Изменения структуры стали при закалки в масло. При непрерывном охлаждении в стали с аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (1000...7000 м/с) в интервале температур Мн...Мк. При этом необходимо учитывать, что с увеличением содержания углерода в стали температуры Мн и Мк понижаются (точки Мн и Мк изменяют свое положение на графике (рис.6). Введение легирующих элементов также изменяет положение точек МН и Мк. Например введение кремния их повышает. В результате закалки стали 50ХФА ее структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита.



Рис. 2 Диаграмма Fe - FeіC с указанием температур термической обработки стали 50ХФА



Список используемой литературы

1. Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986. - 544 с.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1980. - 493 с.

3. Материаловедение. Под ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1986. - 384 с.

4. Материаловедение и технология металлов / под ред. Г.П. Фетисова. - М.: Высшая школа, 2000. - 639 с.

5. Кондратьев Е.Т. Технология конструкционных материалов и материаловедение - М.: Колос, 1983 - 272 с.

Размещено на Allbest.ru