materialovedenie_kurs_lektsiy_ (804370), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Регулируя частоту и продолжительность, можно получить необходимуюглубину закаленного слоя, находящуюся в пределах 1-10 мм.Преимуществами закалки токами высокой частоты являются регулируемаяглубина закаленного слоя, высокая производительность (нагрев одной деталидлится 10 с), возможность автоматизации, отсутствие окалинообразования.Недостаток — высокая стоимость индуктора, который является индивидуальнымдля каждой детали. Поэтому этот вид закалки применим, в основном, ккрупносерийному и массовому производству.Перспективный метод поверхностной закалки стальных деталей сложной формы —лазерная обработка.
Благодаря высокой плотности энергии в луче лазера возможенбыстрый нагрев очень тонкого слоя металла. Последующий быстрый отвод тепла вобъем металла приводит к закалке поверхностного слоя с приданием ему высокойтвердости и износостойкости.Химико-термическая обработка — это процесс изменения химическогосостава, структуры и свойств поверхности стальных деталей за счет насыщения ееразличными химическими элементами. При этом достигается значительноеповышение твердости и износостойкости поверхности деталей при сохранениивязкой сердцевины. К видам химико-термической обработки относятсяцементация, азотирование, цианирование и др.Цементация — это процесс насыщения поверхностного слоя стальныхдеталей углеродом. Цементация производится путем нагрева стальных деталей при880-950°С в углеродосодержащей среде, называемой карбюризатором.
Различаютдва основных вида цементации — газовую и твердую. Газовая цементацияпроводится в газе, содержащем метан СН4 и оксид углерода СО. Твердаяцементация проводится в стальных ящиках, куда укладываются детали вперемешкус карбюризатором. Карбюризатором служит порошок древесного угля с добавкойсолей Na2C03 или ВаС03.Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (0,1-0,3%). Врезультате на поверхности концентрация углерода возрастает до 1,0-1,2%. Толщинацементованного слоя составляет 1-2,5 мм.Цементацией достигается только выгодное распределение углерода посечению детали. Высокая твердость и износостойкость поверхности получаетсяпосле закалки, которая обязательно проводится после цементации. Затем следуетнизкий отпуск. После этого твердость поверхности составляет HRC 60.Азотированием называется процесс насыщения поверхности стали азотом.При этом повышаются не только твердость и износостойкость, но и коррозионнаястойкость.
Проводится азотирование при температуре 500-600°С в среде аммиакаNH, в течение длительного времени (до 60 ч.) Аммиак при высокой температуреразлагается с образованием активного атомарного азота, который ивзаимодействует с металлом. Твердость стали повышается за счет образованиянитридов легирующих элементов.
Поэтому азотированию подвергают тольколегированные стали. Наиболее сильно повышают твердость такие легирующиеэлементы, как хром, молибден, алюминий, ванадий. Глубина азотированного слоясоставляет 0,3 — 0,6 мм, твердость поверхностного слоя по Виккерсу доходит доHV 1200 (при цементации HV 900).К преимуществам азотирования перед цементацией следует отнестиотсутствие необходимости в дополнительной термообработке, более высокуютвердость и износостойкость, высокую коррозионную стойкость поверхности.Недостатками являются низкая скорость процесса и необходимость применениядорогих легированных сталей.Цианирование (нитроцементация) — это процесс одновременногонасыщения поверхности стали углеродом и азотом.
Проводится цианирование врасплавах цианистых солей NaCN или KCN или в газовой среде, содержащей смесьметанаСН4иаммиакаNH,.Различаютнизкотемпературноеивысокотемпературное цианирование.Низкотемпературное цианирование проводится при температуре 500-600°С. Приэтом преобладает насыщение азотом.
Глубина цианирован-ного слоя составляет0,2-0,5 мм, твердость поверхности — HV 1000.При высокотемпературном цианировании температура составляет 800-950°С.Преобладает насыщение углеродом. Глубина поверхностного слоя составляет 0,6— 2,0 мм. После высокотемпературного цианирования следует закалка с низкимотпуском. Твердость после термообработки составляет HRC 60.Поверхностное упрочнение пластическим деформированием основано наспособности стали к наклепу при пластической деформации.
Наиболеераспространенными способами такого упрочнения поверхности являетсядробеструйная обработка и обработка поверхности роликами или шариками.При дробеструйной обработке на поверхность детали из специальныхдробеметов направляется поток стальной или чугунной дроби малого диаметра(0,5-1,5 мм). Удары концентрируются на весьма малых поверхностях, поэтомувозникают очень большие местные давления. В результате повышается твердость иизносостойкость обработанной поверхности. Кроме того, сглаживаются мелкиеповерхностные дефекты.
Глубина упрочненного слоя при дробеструйной обработкесоставляет около 0,7 мм.Обкатка роликами производится с помощью специальных приспособленийна токарных станках. Помимо упрочнения, обкатка снижает шероховатостьобрабатываемой поверхности. Глубина упрочненного слоя доходит до 15 мм.5. ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИЛегированной называют сталь, содержащую специально введенные в нее сцелью изменения строения и свойств легирующие элементы.Легированные стали имеют целый ряд преимуществ перед углеродистыми.
Ониимеют более высокие механические свойства, прежде всего, прочность.Легированные стали обеспечивают большую прокаливаемость, а такжевозможность получения структуры мартенсита при закалке в масле, что уменьшаетопасность появления трещин и коробления деталей. С помощью легированияможно придать стали различные специальные свойства (коррозионную стойкость,жаростойкость, жаропрочность, износостойкость, магнитные и электрическиесвойства).Классификация сталей по различным признакам была рассмотрена ранее (см.раздел 3.2) . Отметим только, что стали обыкновенного качества могут быть толькоуглеродистыми, т.е.
легированные стали, как минимум, являются качественными.Маркируются легированные стали с помощью цифр и букв, указывающихпримерный химический состав стали. Первые цифры в марке показывают среднеесодержание углерода в сотых долях процента. Далее показывается содержаниелегирующих элементов. Каждый элемент обозначается своей буквой: Η — никель,Г — марганец, Ц — цирконий, Τ — титан, X — хром, Д — медь, С — кремний, А— азот, К — кобальт, Ρ — бор, Π — фосфор, Φ — ванадий, Μ — молибден, Б —ниобий, В — вольфрам, Ю — алюминий.
Цифры, идущие после буквы, указываютпримерное содержание данного легирующего элемента в процентах. Присодержании элемента менее 1% цифра отсутствует. Например, сталь 12Х18Н10Тсодержит приблизительно 0,12% углерода, 18% хрома, 10% никеля, менее 1%титана. Для некоторых групп сталей применяют другую маркировку, которая будетуказана при рассмотрении этих сталей.5.1. Конструкционные сталиКонструкционные стали идут на изготовление деталей машин, конструкцийи сооружений. Они должны обеспечивать длительную и надежную работу деталейи конструкций в условиях эксплуатации.
Поэтому основное требование кконструкционным сталям — комплекс высоких механических свойств.Строительные стали содержат малые количества углерода (0,1-0,3%). Этообъясняется тем, что детали строительных конструкций обычно соединяютсясваркой.
Низкое содержание углерода обеспечивает хорошую свариваемость.В качестве строительных используются углеродистые стали Ст2 и СтЗ, имеющиепредел текучести σ0,2= 240 МПа. В низколегированных строительных сталях присодержании около 1,5% Μη и 0,7% Si предел текучести увеличивается до 360 МПа.К этим сталям относятся 14Г2, 17ГС, 14ХГС. Дополнительное легированиенебольшими количествами ванадия и ниобия (до 0,1%) повышает предел текучестидо 450 МПа за счет уменьшения величины зерна.
К сталям такого типа относятся14Г2АФ, 17Г2АФБ.Приведенные стали применяют для строительных конструкций, армированияжелезобетона, магистральных нефтепроводов и газопроводов.Цементуемые стали содержат 0,1-0,3% углерода. Они подвергаютсяцементации, закалке и низкому отпуску. После этой обработки твердостьповерхности составляет HRC 60, а сердцевины HRC 15 — 40. Упрочнениесердцевины в этих сталях тем сильнее, чем больше содержание легирующихэлементов. В зависимости от степени упрочнения сердцевины цементуемые сталиможно разделить на три группы.К сталям с неупрочняемой сердцевиной относятся углеродистыецементуемые стали 10, 15, 20. Их сердцевина имеет феррито-перлитную структуру.Эти стали имеют высокую износостойкость, но малую прочность (σ = 400-500МПа).
Поэтому они применяются для малоответственных деталей небольшихразмеров.К сталям со слабо упрочняемой сердцевиной относятся низколегированныестали 15Х, 15ХР, 20ХН и др. Сердцевина имеет структуру бейнит. Эти стали имеютповышенную прочность (σв = 750-850 МПа).К сталям с сильно упрочняемой сердцевиной относятся стали 20ХГР, 18ХГТ,30ХГТ, 12ХНЗ, 18Х2Н4В и др. Серцевина имеет мартенситную структуру. Сталиэтой группы имеют высокую прочность (σв= 1200-1600 МПа) и применяются длякрупных деталей, испытывающих значительные нагрузки.Улучшаемые стали содержат 0,3-0,5% углерода и небольшое количестволегирующих элементов (до 3-5%). Эти стали подвергаются улучшению,состоящему из закалки в масле и высокого отпуска. После термообработки имеютструктуру сорбита.
Механические свойства разных марок улучшаемой стали вслучае сквозной прокаливаемости близки (σв= 900-1200 МПа). Поэтомупрокаливаемость определяет выбор стали. Чем больше легирующих элементов, темвыше прокаливаемость. Следовательно, чем больше сечение детали, тем болеелегированную сталь следует использовать. По прокаливаемости улучшаемые сталимогут быть условно разбиты на пять групп.В первую группу входят углеродистые стали 35, 40, 45, имеющиекритический диаметр D к р = 10 мм (см. раздел 4.2.). Эти стали подвергаютсянормализации вместо улучшения.Ко второй группе относятся стали, легированные хромом 30Х, 40Х.
Для нихкритический диаметр составляет D к р = 15-20 мм.Третью группу составляют хромистые стали, дополнительно легированныееще одним двумя элементами (кроме никеля) 30ХМ, 40ХГ, 30ХГС и др. Для этихсталей D к р = 20-30 мм.Четвертая группа представлена хромоникелевыми сталями, содержащимиоколо 1% никеля: 40ХН, 40ХНМ и др. Их критический диаметр D к р = 40 мм.В пятую группу входят стали, легированные рядом элементов, причемсодержание никеля доходит до 3-4%: 38ХНЗ, 38ХНЗМФ (D к р =100 мм). Этолучшие марки улучшаемых сталей, хотя они сравнительно дороги.Высокопрочные стали.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
