Под термической обработкой понимают процессы

А) связанные с нагревом и охлаждением металла, находящегося в жидком состоянии, с целью изменения его структуры и свойств без изменения химического состава

Б) связанные с нагревом и охлаждением металла, находящегося в твердом состоянии, с целью изменения его структуры и свойств при помощи изменения химического состава

В) связанные с нагревом и охлаждением металла, находящегося в твердом состоянии, с целью изменения его структуры и свойств без изменения химического состава

 

Отжигом называется

А) термическая обработка стали, заключающаяся в охлаждении стали до определенной температуры, выдержки при этой температуре и последующем медленном нагревании

Б) термическая обработка стали, заключающаяся в нагревании стали до определенной температуры, выдержки при этой температуре и последующем медленном охлаждении

 

3. Отжигдля снятия напряжений после горячей обработки в случаях, когда требуется

А) низкая точность закалки

Б) средняя точность закалки

В) высокая точность закалки

 

Полный отжиг проводится для

 

А) доэвтектоидных сталей

Б) заэвтектоидных сталей

 

Закалкой называется

А) термическая обработка стали, заключающаяся в ее охлаждении и быстром нагреве

Б) термическая обработка стали, заключающаяся в ее нагреве и быстром охлаждении

 

6. Стали с содержанием углерода менее … % не закаливаются

А) 0,3%

Б) 0,02%

В) 0,2%

Г) 0,03%

 

Сколько видов отпуска существует

 

А) три

Б) два

В) четыре

Комплекс термической обработки, включающий закалку и высокий отпуск называется

А) ухудшением

Б) улучшением

В) увеличением

 

9. … цементации определяется температурой нагрева и временем выдержки

А) Ширина

Б) Глубина

В) Высота

 

Цианирование – это химико-термическая обработка, при которой поверхностные слои насыщаются

А) водородом и азотом

Б) азотом и углеродом

В) цианистыми солями

Г) углеродом и цианидом

БЛОК 4. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ

 

Углеродистые и легированные стали

 

Железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода до 2,14% называются сталями.

Легированными называются стали, в которые помимо углерода добавляются различные химические элементы.

Содержание легирующих элементов может изменяться в очень широких пределах: хром или никель – 1% и более процентов; ванадий, молибден, титан, ниобий – 0,1… 0,5%; также кремний и марганец – более 1 %. При содержании легирующих элементов до 0,1 % – стали называются микролегированными.

В конструкционных сталях легирование осуществляется с целью улучшения механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того, меняются физические, химические, эксплуатационные свойства.

Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование должно быть строго обоснованно.

Достоинства легированных сталей:

- особенности обнаруживаются в термически обработанном состоянии, поэтому изготовляются детали, подвергаемые термической обработке;

- улучшенные легированные стали обнаруживают более высокие показатели сопротивления пластическим деформациям;

- легирующие элементы стабилизируют аустенит, поэтому прокаливаемость легированных сталей выше;

- возможно использование более «мягких» охладителей (снижается брак по закалочным трещинам и короблению), так как тормозится распад аустенита;

- повышаются запас вязкости и сопротивление хладоломкости, что приводит к повышению надежности деталей машин.

Недостатки легированных сталей:

- подвержены обратимой отпускной хрупкости II рода;

- в высоколегированных сталях после закалки остается аустенит остаточный, который снижает твердость и сопротивляемость усталост, поэтому требуется дополнительная обработка;

- склонны к дендритной ликвации, так как скорость диффузии легирующих элементов в железе мала. Дендриты обедняются, а границы – междендритный материал – обогащаются легирующим элементом. Образуется строчечная структура после ковки и прокатки, неоднородность свойств вдоль и поперек деформирования, поэтому необходим диффузионный отжиг.

- склонны к образованию флокенов.

 

Влияние примесей на свойства стали

 

Постоянные примеси

 

В любой стали всегда присутствует ряд примесей, которые можно разделить на следующие группы.

Постоянные примеси: кремний, марганец, сера, фосфор.

Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они являются технологическими примесями.

Марганец. Содержание в стали 0,5…0,8 %. Марганец повышает прочность, не снижая при этом пластичности, и резко снижает красноломкость (повышение хрупкости стали при высокой температуре) стали, вызванную влиянием серы.

Кремний. Содержание в стали 0,35…0,4 %. Кремний дегазирует метал и тем самым повышает плотность слитка. Растворяется в феррите и повышает прочность и предел текучести стали. Наблюдается некоторое снижение пластичности.

Фосфор. Содержание в стали 0,025…0,045 %. Фосфор способен растворяться в феррите, и тем самым искажать кристаллическую решетку. Это приводит к увеличению предела прочности и предела текучести, но снижается пластичность и вязкость.

Располагаясь вблизи зерен, фосфор увеличивает температуру перехода в хрупкое состояние, вызывает хладоломкость (повышение хрупкости стали при низкой температуре), уменьшает работу распространения трещин. Увеличение количества фосфора на каждые 0,1 % вызывает повышение порога хладоломкости на 20…25 ^оС.

Фосфор обладает склонностью к ликвации, поэтому в центре слитка отдельные участи имеют резко пониженную вязкость.

Для некоторых сталей возможно увеличение содержания фосфора до 0,1…0,15 % для улучшения обрабатываемости резанием.

Сера. Содержание в стали 0,025…0,06 %. Сера – вредная примесь, попадает в сталь из чугуна.

При взаимодействии с железом образует сульфид железа FeS, который в свою очередь образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988 ^оС. При нагреве эвтектика плавится, нарушаются связи между зернами и заготовка разрушается, то есть возникает явление красноломкости.

Сера значительно снижает механические свойства, особенно ударную вязкость и пластичность, а также предел выносливости. Она ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость.

Основным способом борьбы с красноломкостью, вызванную влиянием серы, является добавление в металл марганца, который образует с серой сульфид марганца и значительно снижает ее влияние на сталь.

Скрытые примеси – газы (азот, кислород, водород) – попадают в сталь при выплавке.

Азот и кислород находятся в виде хрупких неметаллических включений: оксидов (FeO, SiO₂, Al₂O₃), нитридов (Fe₂N), в виде твердого раствора или в свободном состоянии, располагаясь в трещинах и порах. Они повышают порог хладоломкости и снижают сопротивление хрупкому разрушению. Также, являясь концентраторами напряжений, неметаллические включения могут значительно понизить предел выносливости и вязкости.

Очень вредным является растворенный в стали водород, который значительно охрупчивает сталь. Он приводит к образованию в катанных заготовках и поковках флокенов (тонких трещин овальной или круглой формы, имеющие в изломе вид хлопьев серебристого цвета).

Металл с флокенами при сварке образует трещины в основном и наплавляемом металле, что сильно ограничивает его использование в промышленности.

Водород из поверхностного слоя может быть удален в результате нагревания в вакууме до температуры 150…180 ^оС.

 

Легирующие примеси

 

Основным легирующим элементом для стали является хром. Его содержание 0,8…1,2 %. Он повышает прокаливаемость, способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладоломкости хромистых сталей -100…0 ^оС.

Бор, содержание в стали 0,003 %. Увеличивает прокаливаемость, но повышает порог хладоломкости до -60…+20 ^оС.

Титан, содержание в стали до 0,1 %. Вводят для измельчения зерна в хромомарганцевой стали.

Молибден, содержание в стали 0,15…0,45 %. Введение молибдена в хромистую сталь увеличивает прокаливаемость, снижает порог хладоломкости, до -20…-120 ^оС. Молибден увеличивает статическую, динамическую, усталостную прочность стали, устраняет склонность к внутреннему окислению. Помимо этого, молибден снижает склонность к отпускной хрупкости сталей, содержащих никель.

Ванадий, содержание в стали 0,1…0,3 % в хромистых сталях измельчает зерно и повышает прочность и вязкость.

Никель значительно повышает прочность и прокаливаемость, понижает порог хладоломкости, но при этом повышает склонность к отпускной хрупкости. Хромоникелевые стали обладают наилучшим комплексом свойств. Однако дефицитность никеля ограничивает применение таких сталей.

Значительное количество никеля можно заменить кремнием. Это не приводит к снижению свойств стали.

Кремний вводят в хромомарганцевые сплавы с целью получения хромансиля, обладающего хорошим сочетанием прочности, вязкости, высокой свариваемости. Данные стали хорошо штампуются и обрабатываются резанием. Кремний также повышает ударную вязкость и температурный запас вязкости.

Свинец и кальций улучшают обрабатываемость стали резанием.