37. Технология производства чугуна.

Основной смысл доменных печей: избыточный углерод и примеси, путем окислительно-восстановительных реакций, выводим из железо- углеродистых сплавов. 1) Измельчение (щековая и валковая дробилки). 2) Обогащение (промывка, магнитная сепарация). 3) Окуксование

38 Легированием достигается улучшение прочностных и эксплуатаци­онных характеристик чугуна или придание ему особых свойств: износостой­кости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионной стойкости, немагнит ности и др. Чаще применяется комплексное легирование.

По основному легирующему элементу различают хромистые, никелевые, алюминиевые и другие легированные чугуны. В зависимости от степени ле­гирования легированные чугуны делятся на низколегированные - до 2,5 % легирующих элементов, среднелегированные - от 2,5 до 10 %, высоколеги­рованные - свыше 10 %. Низколегированные чугуны имеют перлитную или бейнитную структуру матрицы (металлической основы), среднелегированные -мартенситную, высоколегированные - аустенитную или ферритную. По на­значению различают износостойкие, жаростойкие, жаропрочные и коррозионностойкие чугуны.

Примеры легированных чугунов: силал (5-7 % кремния) - жаростойкий материал; ферросилид (12-18 % кремния) - высокая коррозионная стойкость в растворах солей, кислот (кроме соляной) и щелочей; чугаль (19-25 % алю­миния) - высокая жаростойкость.

39 Высокопрочные алюминиевые сплавы. Прочность этих сплавов дости­гает 550—650 МПа, но при меньшей пластичности, чем у дуралюминов. Высокопрочные алюминиевые сплавы, кроме меди и магния, содержат цинк. Представителем высокопрочных алюминиевых спла­вов является сплав В95 При увеличении содержания цинка и магния прочность сплавов повышается, а их пластичность и корро­зионная стойкость понижаются. Добавки марганца и хрома улучшают коррозионную стойкость. По сравнению с дуралюмином эти сплавы обладают большей чувствительностью и концентраторам напряжений и пониженной коррозионной стойкостью под напряже­нием. Сплавы обладают хорошей пластичностью в горячем состоянии и сравнительно легко деформируются в холодном состоянии после отжига.

Жаропрочные сплавы. Эти сплавы используют для деталей, рабо­тающих при температурах до 300 °С (поршни, головки цилиндров, крыльчатки, лопатки и диски осевых компрессоров турбореактивных двигателей, обшивка сверхзвуковых самолетов и т. д.). Жаропрочные сплавы имеют более сложный химический состав, чем рассмотренные выше алюминиевые сплавы. Их дополнительно легируют железом, никелем и титаном.

Высокой жаропрочностью обладает сплав Д20, используемый для деталей, длительно работающих при 250—350 °С, и в виде листов для деталей, кратковременно работающих при температурах до 300 °С. Повышенная жаропрочность достигается вследствие высокого содержания меди, а также марганца и титана, замедляющих диффу­зионные процессы. Кроме того, титан задерживает процесс рекри­сталлизации. Сплав АК4-1 закаливают при 525—535 °С, а сплав Д20 — при 535 °С в воде и подвергают старению при 200—220 °С

40. Отжиг и нормализация

отжиг I рода в зависимости от исходного состояния стали и температуры его выполнения может включать процессы гомогенизации, рекристаллизации, снижения твердости и снятия остаточных напряжений. отжиг I рода про­водят при температурах выше или ниже температур фазовых превращений (критических точек А₁ и А₃).

Этот вид обработки в зависимости от температурных условий его выполнения устраняет химическую или физическую неодно­родность, созданную предшествующими обработками.

Диффузионному от­жигу (гомогенизация) подвергают слитки легированной стали с целью уменьше­ния дендритной или внутрикристаллитной ликвации, которая повышает склонность стали, обрабатываемой давлением, к хруп­кому излому, к анизотропии свойств и возникновению де­фектов.

Дендритная ликвация понижает пластичность и вязкость ле­гированной стали.

Под рекристаллизационным отжигом понимают нагрев холоднодеформированной стали выше температуры начала рекристаллизации, выдержку при этой температуре с последующим охлаждением. Этот вид от­жига чаще применяют как промежуточную операцию для снятия наклепа между операциями холодного деформирования.

Отжиг для снятия остаточных напряжений. Этот вид отжига применяют для отливок, сварных изделий, деталей после обра­ботки резанием и др., в которых в процессе предшествующих тех­нологических операций из-за неравномерного охлаждения, не­однородной пластической деформации и т. п. возникли остаточ­ные напряжения.

Отжиг II рода заключается в нагреве стали до темпера тур выше точек Ac_t или Ас₃, выдержке и, как правило, последую­щем медленном охлаждении. Понижая прочность и твердость, отжиг облегчает обработку, резание средне- и высокоугле­родистой стали. Отжиг способ­ствует повышению пластичности и вязкости по сравнению со свойствами, полученными после литья, ковки и прокатки. Различают следующие виды отжига: полный, изотермиче­ский и неполный.

Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 30—50 °С выше температу­ры, соответствующей точке Ac_s, выдержке при этой температу­ре для полного прогрева и завер­шения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении.

Изотермический отжиг состоит обычно в на­греве легированной стали, и в сравни­тельно быстром охлаждении до температуры, лежащей ниже точки A1 (обычно 660—680 °С). При этой температуре казна чают изотермическую выдержку 3—6 ч, необходимую для полного распада аустенита, после чего следует охлаждение на воздухе. Одно преимущество изотермического отжига — в сокращении длительности процесса.

Неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагре­вают до более низкой температуры (немного выше точки А1).

Нормализация заключается в на­греве доэвтектоидной стали до температуры, превышающей точку Ас₃ на 40—50 °С, заэвтектоидной стали до температуры выше точки А_ст также на 40—50 °С. Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали и устраняет крупнозернистую струк­туру, полученную при литье при прокатке, ковке или штамповке. Нормализацию широко применяют для улучшения свойств сталь­ных отливок вместо закалки и отпуска.

41 Оловянные и свинцовые баббиты. С одной стороны, баббиты имеют низкую прочность, невысокую температуру плавления (220— 320 °С), повышенную размягчаемость НВ 10—25 (100—250 МПа) при 100 °С, отлично прирабатываются и обладают хорошими ан­тифрикционными свойствами. С другой сто­роны, они имеют низкое сопротивление усталости, что ухудшает работоспособность подшипника. Оловянные баббиты исполь­зуют в подшипниках турбин крупных судо­вых деталей, турбонасосов, турбокомпрес­соров, электрических и других тяжелона­груженных машин.

Баббиты Б88 и Б83 являются многоком­понентными сплавами, но основой их служит система Sn—Sb .

Сурьма и олово различаются по плотности, поэтому сплавы этих металлов способны к значительной ликвации. Для предупреждения этого дефекта в баббиты вводят медь. Она образует с сурьмой химическое соединение Cu₃Sn.

Цинковые антифрикционные сплавы. Сплавы ЦАМ10-5 и ЦАМ9,5-1,5 кроме алюминия и меди содержат 0,03—0,06 % Mg. В литом виде их применяют для монометаллических вкладышей, втулок, ползунов и т. д., а сплав ЦАМ10-5 для отливки биметалли­ческих изделий со стальным корпусом.

В деформированном виде сплав ЦАМ9,5-1,5 используют для получения биметаллических полос со сталью и алюминиевыми спла­вами методом проката и последующей штамповки вкладыша.

Вследствие высоких антифрикционных свойств и достаточной прочности при 120 °С эти сплавы могут заменять бронзы для узлов трения, температура которых не превышает 100 °С.

42 Закалка— термическая обработка — заключается в на­греве стали до температуры выше критической или температуры рас­творения избыточных фаз, в выдержке и последующем охлажде­нии со скоростью, превышающей критическую. Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после за­калки обязательно подвергают отпуску.

Выбор температуры закалки. Доэвтектоидные стали нагревают о температуры на 30—

50 °С выше точки Ас₃ (рис. 132). В этом случае сталь с ходной структурой перлит+феррит при нагреве приобретает аустенитную структуру, которая при последующем охлаж­дении со скоростью выше критической превращается б мар­тенсит. Закалку от температур, соответствующих межкритиче­скому интервалу (Ac_L—Лс₃), применяют только для листовой низколегированной низкоуглеродистой стали (см, с. 266) для получения структуры феррита с небольшими участками мартен­сита (20—30 %), обеспечивающей хорошие механические свойства и штампуемость (см. с. 266). Во всех других случаях закалка доэвтектоидных сталей из межкритического интервала температур не применяется, так как механические свойства оказываются ниже, чем после закалки от температур выше точки Л₈.

Заэвтектоидные стали под закалку нагревают несколько выше температуры точки Ac₃ При таком нагреве обра­зуется аустенит при сохранении некоторого количества цемен­тита. После охлаждения структура стали состоит из мартенсита и нерастворимых частиц карбидов, обладающих высокой твердо­стью (рис. 132, б). Верхний предел температуры закалки для большинства заэвтектоидных сталей ограничивают, так как чрез­мерное повышение температуры выше точки А_г связано с ростом зерна, что приводит к снижению прочности и сопротивления хруп­кому разрушению. Поэтому интервал колебания температур за­калки большинства сталей невелик (15—20 °С).