Aniks-lift.ru

Подъемное оборудование
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

16. Классификация сталей. Термическая обработка сталей

§ 16. Классификация сталей. Термическая обработка сталей

Как вам уже известно, сталь — это сплав железа с углеродом и другими химическими элементами. По химическому составу стали подразделяются на углеродистые и легированные. По применению — на конструкционные и инструментальные (табл. 3).

Таблица 3.

Классификация сталей

В углеродистой стали содержится 0,4. 2% углерода. Углерод повышает твердость стали, но увеличивает ее хрупкость и снижает пластичность.

Конструкционная углеродистая сталь бывает обыкновенного качества и качественная.

Сталь обыкновенного качества обозначается буквами Ст и цифрами от 0 до 6, т. е. Ст0, Ст1 и т. д. Цифры показывают порядковый номер марки стали. Чем больше цифра, тем выше содержание углерода и прочность стали. Из стали обыкновенного качества изготовляют строительные конструкции, гайки, болты, заклепки, трубы, листовой прокат и др.

Углеродистая качественная сталь отличается повышенной прочностью. Она обозначается двумя цифрами, например: 05, 10, 20, 45 и т. д. Цифры показывают содержание углерода в сотых долях. Из этой стали производят зубчатые колеса, валы, оси, шкивы и др.

Инструментальная углеродистая сталь обладает большей прочностью и твердостью, чем конструкционная, и применяется для изготовления молотков, зубил, ножниц по металлу, ножовочных полотен, напильников и др. Она обозначается У10, У11, У12 и т. д. Цифры показывают содержание углерода в десятых долях.

Для придания стали определенных свойств в нее во время выплавки добавляют различные химические элементы (хром, никель, вольфрам и др.). Одни элементы повышают прочность и твердость, другие — упругость, третьи — коррозионную стойкость стали (т. е. сопротивляемость стали, например, воздействию воздуха и появлению ржавчины) и т. д. Стали, в которых есть эти элементы, называются легированными. Легирующие добавки в сталях обозначают буквами: X — хром, В — вольфрам, Н — никель, Г — марганец, Ф — ванадий, М — молибден и т. д. Например, в стали 40Х содержится 0,4 % углерода и 1 % хрома.

Читайте так же:
Медь в лечебных целях

Легированные конструкционные стали применяют для изготовления рессор, пружин, шестерен и др., а легированные инструментальные — для изготовления режущих инструментов: сверл, плашек, метчиков и пр.

Свойства сталей можно изменять с помощью теплового воздействия — термической обработки (термообработки). Она заключается в нагреве заготовки до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью. Температура нагрева зависит от вида термообработки и марки стали.

Основные виды термообработки — закалка, отпуск, отжиг.

При закалке металл нагревают, а затем быстро охлаждают в воде, масле, водных растворах солей. Закалка увеличивает твердость и прочность стали, но вместе с тем повышает и ее хрупкость. Закалка целесообразна только для сталей с содержанием углерода более 0,3 %.

Хрупкость стали после закалки можно уменьшить с помощью отпуска. Отпуск представляет собой нагрев остывшей закаленной детали до определенной температуры (обычно ниже температуры закалки) и последующее охлаждение в воде или на воздухе. Помимо хрупкости отпуск снижает и твердость стали, что улучшает ее обрабатываемость.

При отжиге заготовку нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре и медленно, часто вместе с печью, охлаждают (в этом главное отличие от закалки). Отжиг резко снижает твердость стали, она становится мягче и лучше обрабатывается.

Проводить рассмотренные выше виды термообработки можно в школьных мастерских, пользуясь муфельными печами небольшого размера. Температуру закалки можно контролировать по цветам свечения разогретого металла (цветам каления). Этот цвет зависит от температуры, до которой нагрета заготовка. Чем выше температура, тем светлее становится металл (рис. 58, а).

Рис. 58. Зависимость цвета заготовки от температуры нагрева: а — цвета каления; б — цвета побежалости

Температуру отпуска можно контролировать по цветам побежалости (рис. 58, б). Цвета побежалости — радужная окраска, возникающая на чистой поверхности нагретой стали. Например, если при нагреве поверхность заготовки приобрела темно-синий оттенок, значит, она нагрета до температуры примерно 300 °С.

Читайте так же:
Масло для четырехтактных двигателей с воздушным охлаждением

На предприятиях термическую обработку материалов выполняют робочие-термисты. Термист должен разбираться в свойствах металлов, хорошо знать режимы термообработки различных сплавов, умело пользоваться термическими печами, строго соблюдать правила безопасной работы.

Практическая работа № 17

Ознакомление с термической обработкой стали

  1. Закрепите в тисках образец из незакаленной стали (например, с содержанием углерода 0,6%) и проведите по нему несколько раз напильником. Сделайте вывод об обрабатываемости незакаленной стали.
  2. Поместите образец в электрическую (муфельную) печь, нагретую до температуры 800 °С, и выдержите его 15—20 мин. Температуру нагрева образца определите по рисунку 58.
  3. Опустите раскаленный образец в воду или масло.
  4. Закрепите образец в тисках и попытайтесь обработать его напильником. Сделайте вывод об обрабатываемости закаленной стали.
  5. Поместите образец в печь, нагретую до температуры 400. 550 °С, и выдержите 15—20 мин, после чего охладите в воде или на воздухе.
  6. Опилите образец в тисках и сделайте вывод о его обрабатываемости после отпуска.

Новые слова и понятия

Углеродистая сталь, легированная сталь, инструментальная сталь, термическая обработка, закалка, отпуск, отжиг, термист.

Виды термообработки сталей

В зависимости от характера термического воздействия на металл, и способов введения дополнительной энергии в его структуру различают следующие основные виды термической обработки:

  1. Отжиг – применяется с целью улучшения последующей деформации заготовок, и обеспечивает им равновесную мелкозернистую структуру. В свою очередь, отжиг может быть высоко- и низкотемпературным.
  2. Закалка – придает деталям повышенную твердость и механическую прочность. Выполняется в электрических или пламенных нагревательных устройствах, подразделяется на поверхностную и объемную.
  3. Отпуск – выполняется, как правило, после закалки, и обеспечивает плавное снижение прочностных показателей стали по мере удаления от поверхности. В результате снимаются термические напряжения, приводящие к короблению деталей.
  4. Нормализация – заключается в исправлении неблагоприятной структуры стали и улучшения ее последующей обрабатываемости резанием.
  5. Улучшение – выполняется для придания стальным деталям оптимального сочетания прочности и вязкости, что существенно, если изделие работает при значительных динамических нагрузках.
Читайте так же:
До скольки часов можно сверлить

термическая обработка стали

Менее распространены, но также используются: старение (стабилизация структуры термообработанной стали), обработка холодом (обеспечивает деталям повышенную точность), а также комбинированные процессы, сочетающие термообработку с деформацией стали, насыщением ее поверхности другими элементами и так далее.

Способы нагрева металла:

  1. в муфельной печи постоянного или переменного действия;
  2. в устройствах ТВЧ (токи высокой частоты).

В основе этих способов лежат разные технологии, приводящие к изменению значений твердости (HRC) заготовок.

Особенности нагрева в разных устройствах:

  • Скорость нагрева в электропечи 2-3 градуса в секунду до температуры 840 – 860 °С.
  • Нагрев в ТВЧ со скоростью 250 °С/сек до 880 – 920 °С, либо при 500 °С/сек – до 980 – 1020 °С.

Режимы процесса

Разные виды стали подвергаются термообработке в конкретный временной промежуток. Влияет на режим и толщина стенки изделия. На хромомолибденовых сталях и их сплавах с ванадием применяется нагрев индукционным способом, с частотой тока в 50 Гц и выше, или радиационным методом по следующим показателям:

Толщина стенки, ммРадиационный способ, минутыИндукционный способ, минуты
До 204025
21-257040
26-3010040
31-3512060
36-4514070
46-6016090
61-80160110
81-100160140

Обработка участков изделия

В тех случаях, когда обработке подвергаются отдельные участки деталей, то они должны быть на чертежах отмечены утолщенной штрихпунктирной линией. Она проводится на расстоянии 0,8…1 мм от них и указываются определяющие размеры поверхности. Кроме того, все показатели свойств материала, а также, если это необходимо, способы их получения, указываются на полках линий-выносок.

Назначение термической обработки металлов

Изменение свойств металла при нагреве

В тех местах, где те размеры, которые определяют подвергаемые обработке поверхности, ясны из данных чертежа, их можно не проставлять.

Читайте так же:
Алмазный отрезной диск по металлу для болгарки

Термическая обработка деталей ее цель

Термическая обработка деталей

В тех случаях, когда требования к свойствам материала детали различны для разных участков ее поверхности, то все они должны указываться по отдельности.

Основные виды термообработки сплавов

Различают три не самых сложных технологических процесса, имеющих отношение к термообработке сплавов. Это нагрев исходного сырья до требуемой температуры; выдерживание его в достигнутых условиях в течение строго определенного времени; быстрое охлаждение сплава.

В традиционных формах производства применяется несколько отличных друг от друга видов термической обработки. Алгоритм самих процессов почти всего остается без изменений, меняются лишь отдельные технологические особенности.

В зависимости от способа совершения термической обработки различают такие ее виды:

  • термическая (закалка, отпуск, старение, отжиг, криогенное воздействие);
  • термомеханическая (сочетание обработки высокими температурами и механическим воздействием на материал);
  • химико-термическая (здесь к термическому воздействию добавляется последующее обогащение поверхности сплава углеродом, хромом, азотом и т.д.).

Под отжигом понимают технологический процесс, при котором сплав нагревают до нужной температуры, после чего материал естественным путем (вместе с печью) остывает. В результате устраняются неоднородности состава вещества, снимаются напряжения в материале. Структура сплава становится зернистой. Твердость его понижается; это делает последующую обработку сплава менее трудоемкой.

Различают два вида отжига. При отжиге первого рода фазовый состав сплава почти не изменяется. А вот отжиг второго рода сопровождается фазовым изменением сырья. Эта разновидность отжига может быть:

  • полной;
  • неполной;
  • диффузионной;
  • изотермической;
  • нормализованной.

Закалкой называют технологический процесс, который проводят для достижения сплавом мартенситного превращения. При этом возрастает плотность материала и снижаются его пластические свойства. Во время закалки металл нагревают до критических значений температуры и выше. Охлаждение изделий ведут в специальной ванне с особой жидкостью.

  • прерывистая;
  • ступенчатая;
  • изотермическая;
  • закалка с самоотпуском (при этом в середине изделия во время охлаждения оставляют нагретый участок).

Завершающим этапом термообработки является отпуск. Именно он определяет окончательную структуру сплава. Этот процесс ведут для уменьшения хрупкости изделия. Принцип отпуска прост: сплав нагревают, не доводя температуру до критической, а после этого охлаждают. Различают высокий, средний и низкий отпуск. Каждый режим применяется с учетом назначения изделия.

Читайте так же:
Клапан предохранительный высокого давления

Термообработку сплавов, которая обусловливает распад сплава после закалки, называют старением. После выполнения этого технологического процесса материал становится текучим, повышаются пределы его прочности и твердости. Очень часто старению подвергают сплавы алюминия.

Старение может быть как искусственным, так и естественным. Естественное старение сплавов происходит, когда после закалки изделия выдерживают при обычной температуре, не повышая ее.

Будущее высокомолекулярных соединений

В ходе молекулярной эволюции сама природа создала новые вещества в виде различных молекулярных соединений. Двигаясь по этому пути, ученые не только разрабатывают новые соединения, но и стремятся разрешать проблемы по безопасной утилизации продукции, которая используется не только в быту.

Опираясь за законы биологии, ученые активно работают над созданием умных высокомолекулярных соединений, получение которых сможет изменять их структуру и свойства в зависимости от окружающей среды. Ведутся разработки:

биоразлагаемых пленок, в состав которых входит природный полимер – кукурузный крахмал;

упаковки, которая будет менять цвет в зависимости от срока годности товара, и разлагаться без вреда для экологии;

ведется разработка эко-почвы с гидрогелем для засушливых зон природного земледелия;

создаются полимерные жидкости, которые будут менять свои свойства в зависимость от среды, в которой находятся (для экономии воды в нефтедобывающей отрасли);

фармацевтической полимерной упаковки для доставки лекарственных средств непосредственно к больному органу внутри организма человека;

С помощью гидрогелей создаются лекарства пролонгированного (длительного) действия, которые реагируют на изменения состава крови при сахарном диабете.

Человечество уже не может развиваться без полимерной продукции. Сейчас стоит вопрос о ее безопасности для экологии и переходе на новый уровень взаимодействия.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector