materialovedenie_kurs_lektsiy_ (804370), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Выпускается семь мароксталей группы А: Ст0, Ст1, Ст2, Ст6. Чем выше номер марки, тем большесодержание углерода и, соответственно, выше прочность и ниже пластичность.Стали группы Б имеют гарантируемый химический состав. Эти сталиподвергаются горячей обработке. При этом их механические свойства несохраняются, а химический состав важен для определения режима обработки.Маркируются они так же, как стали группы А, но перед буквами Ст ставится букваБ. Чем выше номер марки, тем больше содержание в стали углерода, марганца икремния.Стали группы В имеют гарантируемые механические свойства и химическийсостав. Эти стали используются для сварки, так как для выбора режима сварки надознать химический состав, а механические свойства частей изделий, неподвергшихся тепловому воздействию, остаются без изменений.
В марках сталейэтой группы на первое место ставится буква В. При этом механические свойствасоответствуют свойствам аналогичной марки из группы А, а химический состав —составу аналогичной марки из группы Б.Качественные конструкционные углеродистые стали маркируютсяцифрами 08, 10, 15, 20, 25, 85, которые обозначают среднее содержание углерода всотых долях процента. Эти стали отличаются от сталей обыкновенного качествабольшей прочностью, пластичностью и ударной вязкостью.
Если для сталейобыкновенного качества максимальная прочность составляет 700 МПа, то длякачественной она достигает 1100 Мпа.3.3 ЧугуныЧугуном называют сплав железа с углеродом, содержащий от 2,14 до 6,67%углерода. Но это теоретическое определение.
На практике содержание углерода вчугунах находится в пределах 2,5-4,5%. В качестве примесей чугун содержит Si,Mn, S и Р.Классификация чугунов. В зависимости от того, в какой форме содержитсяуглерод в чугунах, различают следующие их виды. В белом чугуне весь углероднаходится в связанном состоянии в виде цементита. Структура белого чугунасоответствует диаграмме Fe-Fe3C. В сером чугуне большая часть углероданаходится в виде графита, включения которого имеют пластинчатую форму. Ввысокопрочном чугуне графитные включения имеют шаровидную форму, а вковком — хлопьевидную.
Содержание углерода в виде цементита в сером,высокопрочном и ковком чугунах может составлять не более 0,8%.Белый чугун обладает высокой твердостью, хрупкостью и очень плохообрабатывается. Поэтому для изготовления изделий он не используется иприменяется как передельный чугун, т.е. идет на производство стали. Для деталей свысокой износостойкостью используется чугун с отбеленной поверхностью, вкотором основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностныйслой — белого чугуна. Машиностроительными чугунами, идущими наизготовление деталей, являются серый, высокопрочный и ковкий чугуны. Деталииз них изготовляются литьем, так как чугуны имеют очень хорошие литейныесвойства. Благодаря графитным включениям эти чугуны хорошо обрабатываются,имеют высокую износостойкость, гасят колебания и вибрации.
Но графитныевключения уменьшают прочность.Серый чугун имеет пластинчатые графитные включения. Структура серогочугуна схематически изображена на рис. 18,а. Получают серый чугун путемпервичной кристаллизации из жидкого сплава.На графитизацию (процесс выделения графита) влияют скорость охлажденияи химический состав чугуна. При быстром охлаждении графитизации непроисходит и получается белый чугун. По мере уменьшения скорости охлажденияполучаются, соответственно, перлитный, феррито-перлитный и ферритный серыечугуны.
Способствуют графитизации углерод и кремний. Кремния содержится вчугуне от 0,5 до 5%. Иногда его вводят специально. Марганец и сера препятствуютграфитизации. Кроме того, сера ухудшает механические и литейные свойства.Фосфор не влияет на графитизацию, но улучшает литейные свойства.Механические свойства серого чугуна зависят от количества и размераграфитных включений. По сравнению с металлической основой графит имеетнизкую прочность.
Поэтому фафитные включения можно считать нарушениямисплошности, ослабляющими металлическую основу. Так как пластинчатыевключения наиболее сильно ослабляют металлическую основу, серый чугун имеетнаиболее низкие характеристики, как прочности, так и пластичности среди всехмашиностроительных чугунов. Уменьшение размера графитных включенийулучшает механические свойства. Измельчению графитных включенийспособствует кремний.Маркируется серый чугун буквами СЧ и числом, показывающем пределпрочности в десятых долях мегапаскаля. Имеются следующие марки серыхчугунов: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 20, СЧ 45.Рис.
18. Схематическое изображение структур чугунов: а - серого, б высокопрочного, в - ковкогоВысокопрочный чугун имеет шаровидные графитные включения. Структуравысокопрочного чугуна изображена на рис. 18,б.Получают высокопрочный чугун добавкой в жидкий чугун небольшогоколичества щелочных или щелочноземельных металлов, которые округляютграфитные включения в чугуне, что объясняется увеличением поверхностногонатяжения графита. Чаще всего для этой цели применяют магний в количестве0,03-0,07%. По содержанию других элементов высокопрочный чугун не отличаетсяот серого.Шаровидные графитные включения в наименьшей степени ослабляютметаллическую основу.
Именно поэтому высокопрочный чугун имеет болеевысокие механические свойства, чем серый. При этом он сохраняет хорошиелитейные свойства, обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации ит.д.Маркируется высокопрочный чугун буквами. ВЧ и цифрами,показывающими предел прочности в десятых долях мегапаскаля. Например, чугунВЧ 60 имеет а = 600 МПа. Существуют следующие марки высокопрочных чугунов:ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ-50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ S0, ВЧ 100. Применяютсявысокопрочные чугуны для изготовления ответственных деталей — зубчатыхколес, валов и др.Ковкий чугун имеет хлопьевидные графитные включения (рис.
18,в). Егополучают из белою чугуна путем графитизирующего отжига, который заключаетсяв длительной (до 2 суток) выдержке при температуре 950-970°С. Если после этогочугун охладить, то получается ковкий перлитный чугун, металлическая основакоторого состоит- из перлита и небольшого количества (до 20%) феррита. Такойчугун называют также светлосердечным. Если в области эвтектоидногопревращения (72()-760°С) проводить очень медленное охлаждение или даже датьвыдержку, то получится ковкий ферритный чугун, металлическая основа которогосостоит из феррита и очень небольшого количества перлита (до 10%).
Этот чугунназывают черносердечным, так как он содержит сравнительно много графита.Маркируется ковкий чугун буквами КЧ и двумя числами, показывающимипредел прочности в десятых долях мегапаскаля и относительное удлинение в %.Так, чугун КЧ 45-7 имеет σв= 450 МПа и δ = 7%. Ферритные ковкие чугуны (КЧ 338, КЧ 37"-12) имеют более высокую пластичность, а перлитные (КЧ 50-4, КЧ 60-3)более высокую прочность.
Применяют ковкий чугун для деталей небольшогосечения, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.4. Термическая и химико-термическая обработка сталиТермической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки иохлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойствза счет изменения внутреннего строения и структуры. Различают следующие видытермической обработки: отжиг, закалка и отпуск4.1 ОтжигОтжигом стали называется вид термической обработки, заключающийся вее нагреве до определенной температуры, выдержке при этой температуре имедленном охлаждении.Цели отжига — снижение твердости и улучшение обрабатываемости стали,изменение формы и величины зерна, выравнивание химического состава, снятиевнутренних напряжений.
Существуют различные виды отжига: полный, неполный,диффузионный, рекристаллизационный, низкий, отжиг на зернистый перлит,нормализация. Температуры нагрева стали для ряда видов отжига связаны сположением линий диаграммы Fe-Fe3C. Низкая скорость охлаждения обычнодостигается при остывании стали вместе с печью.Полный отжиг применяется для доэвтектоидных сталей. Нафев стали дляполного отжига осуществляется на 30-50° выше линии GS диаграммы Fe-Fe3C (рис.19).
При этом происходит полная перекристаллизация стали и уменьшениевеличины зерна. Исходная структура из крупных зерен феррита и перлита принагреве превращается в аустенитную, а затем при медленном охлаждении вструктуру из мелких зерен феррита и перлита. Повышение температуры нафевапривело бы к росту зерна. При полном отжиге снижается твердость и прочностьстали, а пластичность повышается.При неполном отжиге нагрев производится на 30-50°С выше линии PSKдиаграммы Fe-Fe3C (рис, 19). Он производится, если исходная структура не оченькрупнозерниста или не надо изменить расположение ферритной (в доэвтектоидныхсталях) или цементитной (в заэвтектоидных сталях) составляющей.
При этомпроисходит лишь частичная перекристаллизация — только перлитнойсоставляющей стали.Рис. 19. Области температур нагрева для различных видов отжига:1 - полный отжиг; 2 - неполный отжиг; 3 -диффузионный отжиг;4 - рекристаллизационный отжиг; 5 – нормализацияДиффузионный отжиг (гомогенизация) заключается в нагреве сталидо 1000-1100°С, длительной выдержке (10-15 часов) при этой температуре ипоследующем медленном охлаждении. В результате диффузионного отжигапроисходит выравнивание неоднородности стали по химическому составу.Благодаря высокой температуре нагрева и продолжительной выдержке получаетсякрупнозернистая структура, которая может быть устранена последующим полнымотжигом.Рекристаллизационный отжиг предназначен для снятия наклепа ивнутренних напряжений после холодной деформации и подготовки структуры кдальнейшему деформированию.
Нагрев необходимо осуществлять вышетемпературы рекристаллизации, которая для железа составляет 450°С. Обычно дляповышения скорости рекристаллизационных процессов применяют значительноболее высокие температуры, которые, однако, должны быть ниже линии PSKдиаграммы Fe-Fe3C. Поэтому температура нагрева для рекристаллизационногоотжига составляет 650-700°С.В результате рекристаллизационного отжига образуется однороднаямелкозернистая структура с небольшой твердостью и значительной вязкостью.Низкий отжиг применяется в тех случаях, когда структура стапиудовлетворительна и необходимо только снять внутренние напряжения,возникающие при кристаллизации или после механической обработки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
