24. Способы закалки стали, охлаждающие среды.

Закалка являетя основным видом упрочняющей термической обработки сталей и чугунов. При закалке детали нагревают выше критических температур, а затем охлаждают со скоростью, превышающей критическую.

В практике ТО наряду с непрерывной закалкой широкое применение находят закалка в двух средах и ступенчатая закалка. Закалка в двух средах состоит в прерывистом охлаждении изделия - сначала в воде до температуры 300 C, а затем в масле или на воздухе до 20 С. Результат – меньшие внутренние напряжения.

Ступенчатая закалка включает охлаждение нагретого изделия сначала в расплавленных солях, непродолжительную выдержку для выравнивания температуры по всему сечению изделия, а затем охлаждение на воздухе. Результат – уровень внутренних напряжений и склонность к образованию трещин меньше.

Закалка с обработкой холодом предусматривает продолжение охлаждения закаленной стали до температур ниже нуля. Применяют для сталей, используемых для изготовления измерительных инструмента, пружин и деталей подшипников качения. После такой закалки проводят низкий отпуск.

Поверхностная закалка – заключается в закалке только поверхности детали. Результат – высокая прочность и износостойкость поверхностных слоев в сочетании с пластичностью и вязкостью сердцевины изделия.

Охлаждающие среды: вода (температура 18, 25, 50 и 75 С), 10%-ный водный раствор NaCl (20 С), 10%-ный раствор NaOH (20 С), 5%-ный раствор марганцовокислого калия (20 С), масло минеральное (20 С).

25. Отпуск стали. Старение

Отпуск — технологический процесс, заключающийся в термической обработке закалённого на мартенсит сплава или металла, при которой основными процессами являются распад мартенсита, а также полигонизация и рекристаллизация. Отпуск проводят с целью получения более высокой пластичности и снижения хрупкости материала при сохранении приемлемого уровня его прочности. Для этого изделие подвергается нагреву в печи до температуры от 150—260 °C до 370—650 °C с последующим медленным остыванием. Отпуск является окончательной операцией термической обработки. Основное влияние на свойства стали оказывает температура отпуска.

Различают 3 вида отпуска:

- Низкий – при нагреве до 250 °C, повышается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твердости.

- Средний – при 350 °C – 500 °C, обеспечивается высокие пределы упругости и выносливости и реласкационную стойкость, охлаждение проводят в воде.

- Высокий – при 500 °C – 680 °C, создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали, длительность отпуска 1 – 6 часов.

Старение – изменение свойств стали, протекающие во времени без заметного изменения микроструктуры. Происходит в низкоуглеродистых сталях. При старении за счет скопления атомов углерода на дислокациях или выделения избыточных фаз из феррита повышаются прочность, порог хладноломкости и снижается сопротивление хрупкому разрушению. Виды старения: термическое (в результате изменения растворимости углерода и азота в железе в зависимости от температуры) и механическое (после пластической деформации).

Старение отрицательно сказывается на эксплуатационных и технологических свойствах сталей. Склонность к старению снижается при модифицировании стали алюминием, титаном, ванадием.

26. Химико-термическая обработка стали. Разновидности ХТО.

Химико-термической обработкой (поверхностным легированием) называют обработку, заключающуюся в сочетании термического и химического воздействий на металлы и сплавы для изменения химического состава структуры и свойств в поверхностных слоях.

Процессы при ХТО: образование диффундирующего элемента в ионизированном состоянии, адсорбция атомов на поверхность металла с образованием хим. связей, диффузия адсорбированных атомов от поверхности вглубь металла.

ХТО применяют для упрочнения деталей машин.

Виды ХТО:

- цементация – диффузионное насыщение поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в среде (карбюризаторе)

- нитроцементация – дифф. насыщение поверх. слоя одновременно углеродом и азотом при температуре 840 °C – 860 °C в газовой среде.

- азотирование – насыщение поверхностного слоя азотом

- цианирование - насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом при температуре 820 °C – 950 °C в расплавленных солях, содержащих группу NaCN.

- силицирование – насыщение поверхности стали кремнием

- диффузионное насыщение металлами (алюминием, хромом, цинком)

27. Основные классы конструкционных легированных сталей. Характеристика, маркировка, применение.

Легированные стали широко применяют в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, в тяжелом и транспортном машиностроении, станкостроении, для тяжело нагруженных металлоконструкций.

В качестве легирующих элементов чаще используют марганец, кремний и хром.

Стали, в которых суммарное содержание легирующих элементов не превышает 2,5%, называют низколегированными, содержащие 2,5 – 10% - легированными, и более 10% - высоколегированными.

Большинство конструкционных легированных сталей относится к перлитному классу, а в равновесном состоянии к группе доэвтектоидных. Высоколегированные относятся к ферритному, мартенситному аустенитному и смешанным структурным классам.

Маркировка: Двухзначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент, цифры после букв указывают примерное содержание легирующего элемента в целых процентах (если цифры нет, то до 1 – 1,5%), буква «А» в конце обозначает высококачественную сталь, буква «Ш» в конце – особовысококачественная сталь.

28. Легирующие элементы в конструкционных сталях.

Для улучшения физических, химических, прочностных и технологических свойств стали легируют, вводя в их состав различные легирующие элементы (хром, марганец, никель, вольфрам, молибден, кремний и др.). Стали могут содержать один или несколько легирующих элементов, которые придают им специальные свойства. Влияние легирующих элементов. Легирующие элементы вводят в сталь для повышения ее конструкционной прочности. Основной структурной составляющей в конструкционной стали является феррит, занимающий в структуре не менее 90% по объему. Растворяясь в феррите, легирующие элементы упрочняют его.

Хром оказывает благоприятное влияние на механические свойства конструкционной стали. Его вводят в сталь в количестве до 2%; он растворяется в феррите и цементите.

Никель - наиболее ценный легирующий элемент. Его вводят в сталь в количестве от 1 до 5%.

Марганец вводят в сталь до 1,5%. Он распределяется между ферритом и цементитом. Никель заметно повышает предел текучести стали, но делает сталь чувствительной к перегреву.

Кремний является некарбидообразующим элементом, и его количество в стали ограничивают до 2%. Он значительно повышает предел текучести стали и при содержании более 1% снижает вязкость и повышает порог хладноломкости.

Молибден и вольфрам являются карбидообразующими элементами, которые большей частью растворяются в цементите. Молибден в количестве 0,2-0,4% и вольфрам в количестве 0,8-1,2% в комплекснолегированных сталях способствуют измельчению зерна, увеличивают прокаливаемость и улучшают некоторые другие свойства стали.

28. Конструкционные строительные и машиностроительные стали. Маркировка.

Конструкционные строительные стали по химическому составу относятся к низкоуглеродистым и низколегированным, а в равновесном состоянии — к доэвтектоидным. Кроме комплекса высоких механических свойств, определяемых при стандартных испытаниях, они должны иметь высокую конструктивную прочность, т.е. соответствовать свойствам конкретных изделий и конструкций. Углеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от гарантируемых свойств объединены в группы А, Б и В. Стали обозначают марками Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Ст6, спереди добавляется буква группы стали, а после — индекс степени раскисления, (сп, пс и кп), например, АСтЗсп, ВСт4пс. По группе А стали поставляют с гарантированными механическими свойствами, по группе Б — химическими и по группе В — с теми и другими одновременно. С увеличением номера стали растет содержание углерода.

Сталь для строительных конструкций, учитывая указанные требования к ней, заказывается по группе ВСтЗсп (пс) и ВСтЗГпс. Она содержит обычно углерода 0,14 — 0,22%, марганца 0,4 — 0,65 %, кремния 0,05-0,17 % (сп) или 0,12-0,3 % (пс). Сталь марки ВСтЗГпс содержит марганца 0,8 — 1,1 % и кремния до 0,15 %. Ст1; Ст2 — проволока, гвозди, заклёпки. Ст3; Ст4 — крепёжные детали, фасонный прокат. Ст5; Ст6 — слабонагруженные валы, оси

Машиностроительные стали предназначены для изготовления различных деталей машин и механизмов.

Они классифицируются:

по химическому составу ( углеродистые и легированные);

по обработке (цементуемые, улучшаемые);

по назначению (пружинные, шарикоподшипниковые)

Легированные конструкционные стали: Две цифры вначале маркировки указывают на конструкционные стали (одна цифра — на инструментальные). Это содержание в стали углерода в сотых долях процента.

Буква без цифры — определённый легирующий элемент с содержанием в стали менее 1 %.(А-азот, Р-бор, Ф-ванадий, Г-марганец, Д-медь, К-кобальт, М-молибден, Н-никель, С-кремний, Х-хром, П-фосфор, Ч-редкоземельные металлы, В-вольфрам, Т-титан, Ю-алюминий, Б-ниобий)

Буква и цифра после неё — определённый легирующий элемент с содержанием в процентах (цифра).

Буква А в конце маркировки — указывает на высококачественную сталь.

Например 38Х2Н5МА — это среднелегированная высококачественная хромоникелевая конструкционная сталь. Химический состав: углерод — около 0,38 %; хром — около 2 %; никель — около 5 %; молибден — около 1 %.

Особенностью эксплуатации подшипников являются высокие локальные нагрузки. В связи с этим к чистоте стали предъявляются чрезвычайно высокие требования, особенно по неметаллическим включениям карбидной неоднородности. ШХ9, ШХ15.

Содержание углерода — около 1 %; Содержание хрома в десятых долях процента (например: ШХ15 — хром — около 1.5 %)

Общее требование, предъявляемое к рессорно-пружинным сталям, — обеспечение высокого сопротивления малым пластическим деформациям (предел упругости) и релаксационной стойкости (сопротивление релаксации напряжений). 14ХН4А, 38Х2Н5М, 20ХН3А.

28. Мартенситно-стареющие высокопрочные стали. Маркировка и применение.

Представляют собой сплавы железа и никеля (8…20%) с очень низким (до 0,03%) содержанием углерода и дополнительно легированные титаном и алюминием, а также часто кобальтом и молибденом. Стали закалывают при температуре 800-860⁰С на воздухе, т.к. никель и другие легирующие элементы стабилизируют твердый раствор, который благодаря этому переохлаждается до мартенситного превращения. Основное упрочнение сталей достигается при последующем отпуске (старении) при 450-500⁰С, когда из мартенсита выделяются мелкодисперсные частицы интерметаллидных фаз, когерентно связанные с матрицей. Разработаны составы мартенситно-стареющих сталей, удовлетворяющие различным требованиям по уровню прочности, пластичности, коррозионной стойкости, по температурной области применения. Большинство сталей создано на базе систем Fe—Ni—Mo, Fe-Ni—Со—Mo, Fe-Cr—Ni— Mo, Fe—Cr—Ni—Co—Mo. Стали типа 03H18K9M5T, 03H12K15M10. Применение: для наиболее ответственных деталей в авиации, ракетной технике, судостроении и как пружинный материал в приборостроении.