Металловедение и сертификация продукции

Современн. быстрореж. стали содерж.: хром, кобальт, титан, и др. элементы.

Напр.: Р6М5-6%вольфрама, 5%молибдена.

Стали и сплавы разработан. и освоенные на заводе Электросталь имеют след. обозначен.: ЭИ, ЭП, ЭК. и далее порядков. номер справочника завода, стандартов и др.

Напр.: ЭИ-835=Х25Н16Г7АР> хром 25%, никель16%, марганец7%, азот, бор

Из легир стали с особыми физ. - химич. свойствами отлич. коррозион. - стойкая сталь.

12Х18Н9Т= угрерод0,12%, хром 18%, никель9%, титан 0,8%.

Сталь имеет повышенную сопротивляем. коррозии в различных агрессивн. средах (нерж. сталь).

Особыми свойствами обладает износостойкая марганцов. сталь 110Г13Л=1,1%углерода,13%марганца, Л-литейная. Примен. для желез. дорожн. крестовин, звеньев гусениц, зубьев ковшей эксковаторов, т.е. там, где имеют место высокие ударные нагрузки и износостойк.

7. Основы термич. обраб. (ТО)

Термич. обработкой назыв. процесс обраб. металлов и сплавов путем теплового воздействия с целью изменен. структуры и свойств в необходимом направлен. ТО может быть предварит. и окончательн.

Предварит. ТО - примен. для полуфабрикатов (прокат, слитки) и заготовок для улучшен. структуры, снижен. твердости, улучшен. обрабатываемости.

Окончат. ТО подвергают разнообразные детали и инструмент для получен. необходим. свойств.

Для того, чтобы изменить свойства в результ. термич. обраб. необходимы фазовые и структурные превращен. при нагреве и охлаждении.

Превращен. характериз. определен. критич. температ., кот. показыв. диаграмм. железо-углерод. (р.18)

При нагреве и охлажд. в сталях возм. следующ. превращен.:

1) превр. феррито-цементит. смеси (перлита) в аустенит при нагреве выше 727?С

2) распад аустенита на фер. - цемент. смесь (перлит) при охлажд. ниже 727?С

3) превр. аустенита в мартенсит при быстром охлажд. (закалка стали)

4) превр. мартенсита в фер. - цемент. смесь при отпуске закален. стали

5) в случае высоколегир. хромоникелев. сталей при нагреве имеет место обратное мартенситн. превращен. (т.е. мартенсита в аустенит).

Большое практич. значен. при термич. обраб. имеет скорость охлажден. аустенита.

Если скорость охлажден. небольшая, то образ. фер. - цемент. смесь (перлит), если скорость охлажд. увеличить, то образ. структуры, кот. получили название сорбит и тростит.

Перлит, сорбит и тростит отлич. друг от друга толщиной феррит. и цементитн. пластин. Напр. В тростите - пластинки феррита и цемент. настолько тонкие, что их можно рассмотр. только под электронным микроскоп.

Мартенсит образуется при очень быстром охлажд. аустенита.

Основн. видами терм. обраб. явл.:

1) отжиг,

2) нормализация,

3) закалка,

4) химико-термич. Обраб. (ХТО)

Они отлич. друг от друга темпер. нагрева, длит. выдержки и скоростью охлажден.

Отжиг - процесс термич. обраб. при кот. металл нагревают выше или ниже критич. темпер. (727-911?С). Выдерживают при этих темпер. и медленно охлажд. (как правило вместе с печью). Отжиг проводят для снятия напряжен., получен. равновесн. структуры и для выравнивания по хим. составу.

Имеют место след. разновидн. отжига:

диффузионный (t 1200?С)

полный

неполный

сфероидезирующий

рекристаллизационный

изотермический

светлый.

Некот. разнов. предст. на рис. 19

1. Диффуз. отж. (гомогенизация) примен. для уменьшен. химич. неоднородности в слитках и отливках. Нагрев до 1100-1200?С, выдержка зависит от металла, подвергают в основном легиров. стали. Из-за длит. выдержки при высок. темпер. имеет место укрупнен. зерен, поэтому после диффуз. отжига применяю полный (р. 19, позиция 2) и неполный (позиц.3). Полный примен. для доэвтектоидн. сталей, он приводит к снятию напряжен., повыш. пластичности и улучшает обрабатываемость. Неполн. отжиг примен. к эвтектоидн. и заэвтектоидн. сталям.

2. Сфероидезирующ. отжиг примен. для инструментальн. и шарико - подшипн. стали. Он явл. разновидн. неполн. отжига и служит для получения зернистого перлита, в кот. цементит имеет округлую форму (сфероидальную) для этого примен. маятников. отжиг. (позиц.6).

3. Изотермичю отж., проводят с целью экономии времени при этом образов. структуры происход. при постоянн. температ., а не при медленном охлажден.

4. Рекристаллиз. отжиг (темпер.650-700?С). Подверг. изделия после холодн. пластич. деформац.

5. Высокий отпуск (темп.550-600?С) подверг. стали мартенситного класса средне и высокоуглеродист. с целью умягчения.

6. Светлый отжиг проводят по тем же режимим, что полн. и неполн. отжиг. При этом использ. печи с защитной атмосферой с вакуумом.

Нормализация - металл нагревают выше 727-911?С, выдержив. и охлажд. на воздухе. Нормализ. отлич. от полного отжига только большой скоростью охлажден.

Закалка. Нагрев до t выше критич., выдержка при этих t и послед-ее быстрое охлаждение. Упрочняющая термич. обр. наз. закалкой. При ней из аустенита образ. мартенсит, увеличивается твердость, прочность, уменьшается пластичность. T нагр. под закалку доэфтектоидных сталей на 30-50C выше 911C. Для эвтект. и заэвтект. на 30-50C выше 727C.

Скорость нагрева и время выдержки зав. от хим. состава, массы и конфигурации изделий. Скорость охлаждения важн. параметр при закалке, т.к именно от нее зависит образование окончательной структуры и возникновений внутренних напряжений. В качестве охлаждения среды при закалке используют воду, водные растворы солей, масел, и т.д. Они имеют разную охлаждающую способность: вода охлаждает быстрей чем масло в 6 раз, в интервале температур 550-650C. Вода применяется для обычных углеродистых сталей, масло - для легированных.

В настоящее время разрабатывается ряд водных растворов полимеров, занимающих среднее положение между водой и маслом. Закалку осуществляют различными способами:

1. Закалка в одном охладителе;

2. Закалка в двух средах (применяется для деталей сложной формы, нагретую деталь сначала охлаждают в воде затем в масле);

3. Ступенчатая, заключается в том, что нагретую до температуры закалки деталь переносят в ванну с расплавленной солью при температуре выше мартенситного превращения при этом выдержку выбирают такой, чтобы аустенит полностью превратить в тонкую смесь феррит + цементит (сорбит растит). При выборе способа закалки и охлаждения среды нужно учитывать закаливаемость и прокаливаемость стали. Под закаливаемостью понимается способность стали приобретать максимальную твердость после закалки, она зависит от содержания углерода чем больше углерода тем выше твердость. Прокаливаемость - способность стали воспринимать закалку на определенную глубину. Сердцевина и поверхность изделия охлаждается с разной скоростью, поэтому мартенсит может образовываться не по всему сечению. На нее влияют: химический состав, скорость охлаждения, величина зерна.

8. Отпуск. Это термич. обраоботка, заключающаяся в нагреве закаленной стали не выше 727C, выдержка и последующее охлаждение на воздухе. Закаленная сталь всегда подвергается отпуску, и он является окончательной термической обработкой. Цель отпуска - снять внутренних напряжений после закалки, снижение твердости и увеличение пластичности. В зависимости от того какую структуру и свойство нужно получить в изделии различают виды отпуска: низкий, средний, высокий. Низкий - нагрев закаленной стали до 150-250C, выдержка 1-3 часа и охлаждение на воздухе. Подвергаются режущие и измерительные инструменты. Средний - температура 300-450C, охлаждение на воздухе, для изделий работающих при циклических нагрузках. Высокий отпуск - температура 500-680C почти полностью снимают внутренние напряжения от закалки; применяется для конструкционных сталей, которые работают в условиях сложных напряжений и испытывают ударные нагрузки. Закалка с высоким отпуском называется улучшением, подвергаются среднеуглеродистые и низколегированные стали.

ХТО - термическая обработка в химически активных средах, в результате меняется химический состав, структура, свойства поверхностного слоя. После ХТО увеличивается твердость и прочность поверхности, увеличивается коррозионная стойкость и долговечность изделия. Чтобы изменить химический состав поверхности детали ее нагревают в специальной среде (твердой, жидкой или газообразной). В зависимости от того, каким элементом насыщается поверхность, различают следующие виды ХТО: цементация (насыщение углеродом), азотирование, нитроцементация (углерод+азот), борирование, силицирование, аликирование (насыщение алюминием), хромирование. При ХТО происходит диффузия атомов насыщающего элемента в поверхности, он взаимодействует с железом и углеродом, а также с легированными элементами в стали. Глубина проникновения и толщина полученного слоя зависит от температуры процесса и длительности выдержки.

Цементация, подверг-т низкоуглеродистые стали, при этом повыш-ся износостойкость, твердость поверх-ти, а сердцевина ост-ся вязкой и пластичн. Проводят в тв-х, жидких или газообразных средах, кот наз-ся карбюризаторами. В кач-ве твердого карбюриз-ра исп-т мелкий древ угол, жидкого - расплав солей, CaCO3, BaCO3, газообразного - природн газ. Наиб прогрессивной технологией явл-ся исп-ие газообр среды, т.е. природного газа, кот входит в состав спец контролируемой атмосферы, кот имеет сложный состав и хар-ся способностью науглероживать поверхность до опред концентрации углер. Атмосферу пригот-т в спец-х установках и состав атмосферы можно регулировать.

Для проведения процесса цементации сталь нагрев-т в науглерожив среде до t =930-950°С, выдерж-т неск-ко часов и после выдержки (6-10 часов) деталь подстуживают до 850-880°С и далее проводят закалку в масле. После подверг-т низкому отпуску. В рез-те на поверх-ти образ-ся мартенсит и карбиды (HRC 60-64), при этом сердцевина имеет стр-ру перлита и феррита. (HRC 20-30).

Азотирование - это процесс ХТО, заключ-ся в насыщении поверх-ти азотом. Азот-ие проводят среди аммиака при t° = 500-600 °С, при этом аммиак разлаг-ся с образ-м атомов азота, кот проникают в поверх-ть, образуя хим соед-ия нитриды (с алюминием, титаном, молибденом). Твердость после азот-ия HRC 70-80 единиц. Процесс азот-ия окончат-й, поэтому деталь перед азотирование подвергают закалке и высокому отпуску. Иногда азот-ие проводят в жидкой среде, в распл-х цианистых солях.

Нитроцементация - одноврем насыщение поверх-ти азотом и углеродом; осущ-т в газовой среде, представляющей собой смесь науглероживающего газа и аммиака, t° = 850-870 °, выдержка 2-10 часов. По окончании выдержки изд подверг-т закалке и последующему низкотемпер-му отпуску; подверг-т детали для автомоб и тракторов.

Борирование - насыщение поверх-ти бором при нагреве в боросодержащей среде (бура, треххлористый бор и др.). Бориров поверх-ти облад-т повыш коррозионной стойкостью, исп-т разные виды бориров-я: электролизное, газовое и в порошках боросодержащих солей при t° = 850-900 °С, выдержка от 2-6 часов; подверг-т низко и среднеуглерод стали, толщ слоя до 0,2 мм, твердость HRC=75 единиц подверг-т дет нефтяных насосов, штампов, пресс-форм, буров.

К разновидностям ХТО относ0ся диффузионная металлизация - насыщение поверх-ти разл-ми металлами (хром, алюминий, цинк, никель, кремний и т.д.). после мет-ии повыш-ся твердость, окалиностойкость, коррозион стойкость и т.д. Насыщение проводят при t° = 700-1400°С. Различ-т след виды металлизации:

Погружение изд-ия в расплав металл, если он имеет низкую t плавл (алюминий, цинк);

Погружение в расплав соли, содержащие нужный эл-т;

Из газовой среды, содержащий хлориды разл-х металлов.

Экологическая сер-ция. Цель экологич сер-ции - стимулирование и поощрение таких производителей которые внедряют такие технологические процессы и разрабатывают такую продукцию которая в минимальной степени загрязняет окруж среду и гарантирует безопасность продукции для жизни здоровья и имущества потребителей.

Для многих видов продукции экологический сер-кат или знак определяет конкурентоспособность продукции на мировом рынке.

В России в настоящее время экологическая сер-ция развивается, установлены объекты, имеющие отношение к этой области и объекты делятся на 3 основ группы:

1) продукция процессы работы услуги, экологические требования к которым содержатся в гос стандартах.

2) Объекты которые в силу экологической специфики не могут подвергаться сер-ции про правилам системы ГОСТ-Р.

3) Окруж. среда со всеми её составляющими, для которых еще не разработаны нормативные требования и процедуры сер-ции.

Оценка качества окруж. среды в России проводят сразлич ведомственные организации, органы местного самоуправления, природоохранительные органы. При этом оценки, представляемые различными сторонами, как правило не сопоставимы и цена ошибок может быть слишком велика, поэтому необходимо заниматься как сер-цией объектов так и способами оценки соответствия.

Выделяются 4 вида объектов экологич. сер-ции:

1) объекты окруж. природной среды

2) источники загрязнения окруж. среды

3) продукция природоохранного назначения

4) Экологические информационные ресурсы и технологии.

Актуальная сфера экологич. сер-ции - отходы произ-в.

Сер-ция в этой области направлена на исключение опасного влияния отходов на среду обитания и максимальное исполнение отходов в качестве вторичного сырья.

Большое внимание уделяется оценке экологичности новых видов продукции и процессов, для которых прежде всего нужно установить соответствия требования нормативной документации.

В росмии принят гос стандарт “Система управления качеством окруж среды“. Руководство по созданию и методам обеспечения ГОСТ-Р ИСО 14004 приняты также 3 стандарта по экологичному аудиту (проверке).

9. Поверхностное упрочнение стали.

В ряде случаев конструкции и детали раб-т таких усл-х, когда max напряж возн-т в поверх-ть, а не всю деталь насквозь. Тверд и прочн поверх-ть и вязкая сердцевина увелич-т работосп-ть изд-ия.

На практике использ методы поверх-ти упрочнения к кот относ-ся и рассмотр ХТО, а также методы поверхностной закалки. Для осущ-ия поверхностной закалки, ее нагрев-т разными способами: кислородно-ацетиловой горелкой, в электролите при пропуск-ии тока, индукц-м нагревом, токами высокой пром частоты, контактным нагревом электротоком.

В посл время нагрев осущ-т лазерным лучом и низкотемп плазмой. На практике наибол часто прим-т поверхн закалку токами высокой частоты. Для этого деталь помещ-т в индуктор. Если индуктор включить в сеть переп-го тока высокой частоты, то появл-ся электромагн толе, пронизывающее помещ в индуктор делать. В рез-те на поверх-ти образ-ся вихревые токи, кот проходя в осн-м по поверх-ти и нагревают ее. Глубина проникновения тока зависит от удельного электросопровождения металла, его магнитной проницаемости и частоты тока. При этом, чем больше частота, тем меньше глубина проникновения.

Скорость нагрева токами высокой частоты (твч) во много раз превышает скорость нагрева в печах, а именно - поверх-ть нагрев-ся до заданной t° за неск сек. Перед закалкой твч сталь подверг-т предворит термич обраб-ке, нормализации или улучшению.

Поверхн упрочнение при нагреве лазерным лучом имеет ряд сущ-х преимущ-в:

Высокая концентр энергии (узкий пучок);

Быстрота нагрева;

Изменяя энергию луча и время возд-ия можно получать разл виды упрочняющей обраб-ки, а именно - поверхн закалку, наплавку твердосплавных покрытии и ХТО. Лазерный луч обегая поверх-ть изд-ие ост-т за собой характерный след с новыми изм-ми св-ми, поэтому чтобы повысить св-ва детали, луч должен послед-но пройти всю поверх-ть изд-ия.

Поверхностное упрочнение деформированием. Для этого исп-т явление наклепа при пластической деформации. С этой целью изд-ие подверг-т обкатке роликами или ударами дробью из спец-х дробеметных аппаратов. Дробинки от 0,2 до 1,5 мм изг-т из стали или белого чугуна. При такой обраб-ке толщина наклепанного слоя достиг-т 0,2-0,4 мм. Наклеп примен-т для повышения долговечности, термообраб-х рессор, пружин и др-х упругих эл-в.

Термомеханическая обработка (ТМО).

ТМО - это термич возд-ие в сочетании с механич-м. механич возд-ие (деформирования) повышает плотность дислокаций, а послед термич возд-ие перераспред-т дислокации таким образом, что у них появл-ся возм-ть для перемещения, что обеспеч-т достат высокую пластичность при высокой прочности.

Сущ-т неск-ко разновидностей ТМО:

Низкотемпературная термомех обр (НТМО)

Высокотемпер ТМО (ВТМО).

ТМО разв-т получить в сталях высокую прочность, а пластичность ост-ся на дост высоком уровне.

Страницы: 1, 2, 3