Билет №14. Производство стали.

Сталь – это сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащими до 2% углерода. Углерод – важнейшая примесь стали. От его содержания зависят прочность, твердость и пластичность стали. Кроме железа и углерода в состав стали входят кремний, марганец, сера и фосфор. Эти примеси попадают в сталь в процессе плавки и являются неизбежными ее компонентами.

Билет №15. Влияние углерода и примесей на свойства чугуна.

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.