Билет №16. Классификация и маркировка чугунов.

Чугуном называют сплав железа с углеродом, содержащий от 2,14 до 6,67% углерода. Но это теоретическое обоснование, на практике же содержание углерода в пределах 2,5-4,5%. В качестве примесей чугун содержит Si, Mn, S и P.

Классификация чугунов:

1. Белый чугун обладает высокой твердостью, хрупкостью и очень плохо обрабатывается. Поэтому для изготовления изделий он не используется и применяется как предельный чугун, т.е идет на производство стали.(П+Л+Ц)

2. Серый чугун имеет пластичные графитные включения. Получают серый чугун путем первичной кристаллизации из жидкого сплава.

На графитизацию (процесс выделения графита) влияют скорость охлаждения и хим. Состав чугуна. При быстром охлаждении графитизации не происходит и получается белый чугун. По мере уменьшения скорости охлаждения получаются перлитный, феррито-перлитный и ферритный серые чугуны. Способствуют графитизации углерод и кремний. Кремния содержится в чугуне от 0,5 до 5%. Марганец и сера препятствуют графитизации. Сера ухудшает механические и литейные свойства. Фосфор не влияет на графитизацию, но улучшает литейные свойства.

Механические свойства серого чугуна зависят от количества и размера графитных включений. Графитные включения можно считать нарушениями сплошности ослабляющими мет.основу. Т.к пластинчатые включения наиболее сильно ослабляют мет.основу, серый чугун имеет наиболее низкие характеристики, как прочности, так и пластичности среди всех машиностроительных чугунов.(П+Г). Маркируется серый чугун СЧ и числом, показывающим предел прочности в десятых долях МПа.( СЧ35= ᶞв=350МПа.

3. Высокопрочный чугун имеет шаровидные графитные включения. Получают путем добавки в жидкий чугун небольшого количества щелочных или щзм металлов, которые округляют граф.ключения в чугуне, что объясняется увеличением поверхностного натяжения графита. Для этой цели применяют магний 0,03-0,07%.Характеризуется высокими мех.св-вами в отличии от СЧ. Маркируется ВЧ и числом показывающим предел прочности в десятых долях МПа.(Ф+П+Г)

4. Ковкий чугун имеет хлопьевидные графитные включения. Получают из белого чугуна путем графитизирующего отжига, который заключается в длительной(до 2 сут) выдержке при t=950-970С. Если после этого чугун охладить, то получается ковкий перлитный чугун, мет.основа состоит из перлита и небольшого количества феррита(до 20%). Такой чугун называют светлосердечным. Если в области эвтектоидного превращения (720 – 760 С) проводить очень медленно охлаждение, то получим ковкий ферритный чугун, мет.основа состоит из феррита и очень большого кол-ва перлта (до 10%). Чугун называют светлосердечным. Маркируется КЧ и двумя числами, показывающими предел прочности в десятых долях МПа и относит.удл в %.(КЧ 45-7, ᶞ 450 Мпа, удл 7%.) (Ф+Г)

Билет № 17. Влияние углерода и примесей на свойства стали.

Углерод существенно влияет на св-ва стали даже при незначительном изменении его содержания. В стали имеются две фазы: феррит и цементит( частично в виде перлита). Кол-во цементита возрастает прямо пропорционально содержанию углерода. Феррит характеризуется высокой пластичностью и низкой твердостью, а цементит, напротив, очень низкой пластичностью и высокой твердостью. Поэтому с повышением содержания углерода до 1,2% снижаются пластичность и вязкость стали, повышаются твердость и прочность.

Повышение содержания углерода влияет на технологические св-ва стали. Ковкость, свариваемость и обрабатываемость резанием ухудшаются, но литейные св-ва улучшаются.

Билет № 18. Углеродистые стали обыкновенного качества. Раскисление стали.

Конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества Ст0…,Ст6 (цифра означает порядковый номер сплава

3 группы поставки:

А) гарантированные механические св-ва АСт3кп(конструкционная сталь обыкновенного кач-ва, кипящая, гарантированные мех. св-ва, 3-порядковый номер.

Б) гарантированный химический состав. БСт5сп(спокойная)

В) гарантированные механические св-ва и хим.состав. ВСт2кп

Из этих сталей изготавливают прокат(уголок, швеллер, бутавр, листы, трубы)

По степени раскисления стали бывают:

1.спокойные раскисляют кремнием, марганцем, алюминием

2. кипящие раскисляют только марганцем

Билет № 19. Качественные конструкционные углеродистые стали.

Конструкционная углеродистая качественная сталь.

Цифра означает содержание углерода в сотых долях процента

Сталь 0,8-10-низкоуглеродистая, сталь 45-5—среднеуглеродистая, сталь 70=высокоуглеродистая.

Средне-и-высокоуглеродистые стали после термообработки используют для изготовления ответственных деталей машин.

Билет № 20. Стали с улучшенной обрабатываемостью резанием.

Билет № 21. Углеродистые инструментальные стали.

1.Качественные (У7-У13- цифра означает содержание углерода в десятых долях процента)

2.Высококачественные (У7А-У13А)

Из этих сталей изготавливают инструменты, работающие при невысоких скоростях резания и температуре до 200С под ударными нагрузками: зубила, молотки, напильники, топоры.

Билет № 22. Углеродистые стали специального назначения (автоматные, котельные).

Стали специального назначения:

1.Котельные стали(15К,20К- цифра означает содержание углерода в сотых долях процента)

Идут на изготовление котлов и сосудов, работающих под давлением. Эти стали должны обладать хорошей свариваемостью, поэтому они малоуглеродистые.

2.Автоматные стали(А25,А20- цифра означает содержание углерода в сотых долях процента)

Для этих сталей характерно повышенное содержание серы и фосфора. Поверхность деталей после мех.обработки получается с наименьшей шероховатостью. При обработке образуется стружка скалывания, которая сама выскакивает из зоны резания. Поэтому эти стали обрабатываются на станках – автоматах. Изготавливают болты, винты, гайки и тд.

Билет № 23 Термообработка. Сорбит, тростит, мартенсит.

Термической обработкой называется тепловая обработка сплавов с целью изменения структуры и физ.св-в в широких пределах. Это позволяет повысить прочность, твердость, износостойкость, обрабатываемость резанием.

Любая термическая обработка состоит из трех основных операций:-нагрев до определенной температуры; -выдержка при заданной температуре; -охлаждение с различной скоростью.

Виды термообработки:1.отжиг;2.нормализация;3.закалка;4.отпуск.

Процессы, протекающие в стали при охлаждении:

1. Образование сорбита. Если скорость охлаждения до 5С/1 сек, то аустенит начинает распадаться при t= 650-600С. При этом не все процессы, которые происходят при перлитном превращении - завершаются. Перестройка кристаллической решетки завершается: выделение цементита тоже, а процесс развития цементита будет частичным. В р-те получается структура сорбит. Эта мех.смесь Ф+Ц но с более тонким строением пластинок цементита и меньшим расстоянием между ними. Более высокая твердость HRC30.

2. Образование троостита. При увеличении скорости охлаждения до 40-60С/1 сек аустенит начинает распадаться при t=550-400С. При этом успевают завершится только два процесса. Роста цементита не будет. В р-те образуется мех.смесь Ф-Ц с еще более тонким строением. Твердость HRC 40. Высокая упругость.

3. Образование мартенсита. При увеличении скорости охлаждения до 120С/1 сек аустенит начинает распадаться при t от 300 до 200С. При этом происходит только превращение βжелеза в α железо т.е перегруппировка атомов и образ оцк. Атомы углерода не успевают образовывать цементит. Структура, полученная в р-те такого превращения наз-ся мартенситом. Мартенсит- перенасыщенный твердый р-р углерода в α-железе HRC 60-65. Хрупкий.

Билет № 24. Отжиг и нормализация.

Отжигом называется вид терм.обр, заключающийся в нагреве стали до определенной температуре, выдержкой и медленным охлаждением в печи.

Цель отжига – снижение твердости и улучшение обрабатываемости стали, изменение формы и величины зерна, выравнивание хим.состава, снятие внутренних сопряжений.

Виды отжига:

1.полный. Применяется для доэвтект. Сталей. Нагрев производится на 30-50С выше линии ЖС диаграммы Fe-Fe3C. При этом происходит уменьшение величины зерна, сниж.твердости и прочности стали, пластичность повышается.

2.неполный. Нагрев производится на 30-50С выше линии ПСК.

3.диффузионный. Заключается в нагреве стали до 1000-1100С. Длительной выдержку 10-15ч и медленном охлаждении. В р-те происходит выравнивание неоднородности стали по хим.составу. Получается крупнозернистая структура, которая устраняется последующим полным отжигом.

4.рекристализационный. Предназначен для снятия наклепа и внутренних напряжений. Нагрев производится до t=650-700С. В р-те образуется мелкозернистая структура с небольшой твердостью и значительной вязкостью.

5.низкий. Применяется в тех случаях, когда необходимо снять внутренние напряжения. Возникающее при кристаллизации или после мех.обработки. В этом случае сталь нагревают до t=200-600С.

6.нормализация. Проводится с целью снятия внутренних напряжений и получение мелкозернистой структуры сталь нагревают на 30-50С выше линии ЖСЕ диаграммы Fe-Fe3C. Охлаждение на воздухе.

Билет № 25. Закалка. Прокаливаемость стали. Закаливаемость.

Закалка - это вид термической обработка, состоящий в нагреве стали до определенной температуры выдержки и последующем быстром охлаждении. В результате повышается твердость и прочность, но снижается вязкость и пластичность. Нагрев стали производится на 30-50С выше линии ЖСК диаграммы Fe-Fe3C. В результате закалки образуется мартенситная структура. В кач-ве охлаждающих сред используют жидкости: воду, водные р-ры солей и щелочей, масла.

Способы закалки сталей:

1.закалка в одном охладителе, при которой нагретая деталь погружается в охлаждающую жидкость и остается там до полного охлаждения. Это наиболее простой способ. Недостаток: возникновение значительных внутренних напряжений.

2.закалка в двух средах, при которой деталь до 300-400С охлаждается в воде, а затем в масле. Подвергают инструментальные и высокоуглеродистые стали.

3.ступенчатая закалка, при которой деталь быстро охлаждается погружением в соляную ванну, а затем охлаждается на воздухе. Медленное охлаждение на воздухе снижает внутренние напряжения и возможность коробления.

4.изтермическая закалка, при которой деталь выдерживается в соляной ванне до окончания изотермического превращения аустенита. Применяют для конструкционных легированных сталей. При такой закалке обеспечивается достаточно высокая твердость при сохранении повышенной пластичности и вязкости.

5.обработка холодом состоит в продолжении охлаждения закаленной стали ниже 0С. В результате повышается твердость и стабилизируются размеры деталей. Проводят с целью более полного превращения остаточного аустенита в мартенсит. Наиболее распространенной является охлаждающая среда смеси ацетона с углекислотой.

Прокаливаемость- глубина проникновения закаленной зоны, т.е способность стали прокаливаться на определенную глубину. Прокаливаемость зависит от химического состава стали, размеров детали. Все легирующие элементы, за исключением кобальта, увеличивают прокаливамость.

Закаливаемость - способность стали приобретать максимально высокую твердость после закалки. Закаливаемость зависит от содержания углерода. Чем больше углерода, тем больше твердость.

Билет № 26. Отпуск стали.

Отпуск – вид термической обработки следующий за закалкой. Заключается в нагреве стали до определенной температуры ниже линии ПСК, выдержке и охлаждении. Цель отпуска – снятие внутренних напряжений и получение необходимой структуры.

Виды отпуска:

-низкий(150-200С). Твердость не снижается HRC60, структура мартенсит. Этому отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент, а так же детали, которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью.

-средний(350-450С). При этом происходит снижение твердости HRC40, увеличивается упругость и сопротивляемость действию ударных нагрузок, структура трости.Применяется: пружины, ударный инструмент.

-высокий(550-650С). В результате твердость и прочность снижаются значительно HRCHRC0, возрастает вязкость и пластичность. Структура сорбит. Применяется для деталей, подвергающихся действию высоких нагрузок. Термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска наз-ся улучшением.