Закалка и отпуск сталей
Закалка. Это процесс термической обработки, при которой сталь нагревают до оптимальной температуры, выдерживают при этой температуре и затем быстро охлаждают с целью получения неравновесной структуры. В результате закалки повышается прочность и твердость и понижается пластичность конструкционных и инструментальных сталей и сплавов. Качество закалки зависит от температуры и скорости нагрева, времени выдержки и охлаждения.
Отпуск - процесс термической обработки, состоящий в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической точки Ас1), выдержке при этой температуре и последующем охлаждении (обычно на воздухе). Цель отпуска - получение более устойчивого структурного состояния, устранение или уменьшение напряжений, повышение вязкости и пластичности, а также понижение твердости и уменьшение хрупкости закаленной стали
Различают низкий, средний и высокий отпуск.
Низкий отпуск характеризуется нагревом в интервале 150-250°С,
Средний отпуск производится при температурах 300-500°
Высокий отпуск выполняется при температурах 500-650°С
Превращение перлитной (эвтектоидной) стали при нагревании
Превращение перлита в аустенит в соответствии с диаграммой состояния железоуглеродистых сплавов [1] происходит в точке AС1 (727°C, линия PSK). Это превращение состоит из двух одновременно протекающих процессов: полиморфного (аллотропического) - феррит переходит в аустенит и растворения перлитного цементита в образовавшемся аустените.
Для завершения процесса получения однородного (гомогенного) аустенита требуется длительная выдержка, что нецелесообразно, и поэтому нагрев производится с некоторым превышением (на 30 - 50°С) верхней критической точки. Чем выше температура, тем быстрее (за меньший отрезок времени) протекает превращение, и чем быстрее осуществляется нагрев, тем при более высокой температуре оно происходит.
Нагрев эвтектоидной стали в однофазной области (выше AС1) приводит к росту зерен аустенита. Происходит «слияние» мелких (начальных) зерен в крупные. Чем выше температура нагрева и чем длительнее выдержка, тем крупнее будут зерна.
Высокопрочный чугун, маркировка, применение.
Высокопрочный чугун — чугун, имеющий графитные включения сфероидальной формы.
Графит сфероидальной формы имеет меньшее отношение его поверхности к объему, что определяет наибольшую сплошность металлической основы, а следовательно, и прочность чугуна. Структура металлической основы чугунов с шаровидным (сфероидальным) графитом такая же, как и в обычном сером чугуне, то есть, в зависимости от химического состава чугуна, скорости охлаждения (толщины стенки отливки) могут быть получены чугуны со следующей структурой: феррит + шаровидный графит (ферритный высокопрочный чугун), феррит + перлит + шаровидный графит (феррито-перлитный высокопрочный чугун), перлит + шаровидный графит (перлитный высокопрочный чугун). Наиболее часто применяется для изготовления изделий ответственного назначения в машиностроении, а также для производства высокопрочных труб (водоснабжение, водоотведение, газо-, нефте-проводы). Изделия и трубы из Высокопрочного чугуна отличаются высокой прочностью, долговечностью, высокими эксплуатационными свойствами.
Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293) могут иметь ферритную (ВЧ 35), феррито-перлитную (ВЧ45) и перлитную (ВЧ 80) металлическую основу
Стали со специальными свойствами
Классификация сталей со специальными свойствами
К сталям со специальными свойствами относятся следующие:
а) износостойкие;
б) нержавеющие;
в) жаропрочные и теплоустойчивые, жаростойкие;
г) с особенностями теплового расширения;
д) с особыми магнитными свойствами;
е) электротехнические стали;
ж) кислотостойкие стали;
и) криогенные стали, работающие до температур – 270°С;
к) стали и сплавы с высоким омическим сопротивлением.
Специальные стали: 4)нержавеющие
Электротехнические стали 1)Стали с особенностями теплового расширения
Жаростойкие и жаропрочные стали
Инозостойкие стали
Сплав алюминия и титана
Титановый сплав ВТ5 содержит помимо титана 5% алюминия. Он отличается более высокими прочностными свойствами по сравнению с титаном, но его технологичность невелика
Медные сплавы
Для деталей машин используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей прочности: 30—40 кгс/мм² у сплавов и 25-29 кгс/мм² у технически чистой меди. Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых бронз) не принимают термической обработки, и их механические свойства и износостойкость определяются химическим составом и его влиянием на структуру. Медноникелевый сплав (мельхиор) используются для чеканки разменной монеты
Сплавы, в которых медь значима Дюраль (дюралюминий) определяют, как сплав алюминия и меди (меди в дюрали 4,4 %).
Ювелирные сплавы
В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото — очень мягкий металл и нестойко к этим механическим воздействиям.
Ковкий чугун маркировка
Ко́вкий чугу́н — условное название мягкого и вязкого чугуна, получаемого из белого чугуна отливкой и дальнейшей термической обработкой. Используется длительный отжиг, в результате которого происходит распад цементита с образованием графита, то есть процесс графитизации, и поэтому такой отжиг называют графитизирующим.
Ковкие чугуны согласно ГОСТ 1215-79 маркируются двумя буквами (КЧ - ковкий чугун) и двумя группами цифр. Первые две цифры в обозначении марки соответствуют минимальному пределу прочности при растяжении (7в, МПа / 10, цифры после тире - относительному удлинению при растяжении, °'о. Чугуны марок КЧЗО-6, КЧЗЗ-8, КЧ35-10, КЧ37-12, имеющие повышенное значение удлинения при растяжении, относятся к ферритным, а марок КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ55-4, КЧ60-3, КЧ65-3, КЧ70-2, КЧ80-1.5 - к перлитным чугунам.
дать определение понятиям феррит, цементит, аустенит, мартенсит
ФЕРРИ́Т) — структурная составляющая железоуглеродистых сплавов — твердый раствор углерода, а также легирующих элементов в a-железе.
ЦЕМЕНТИ́Т, карбид железа Fe3C, фазовая и структурная составляющая железоуглеродистых сплавов: стали и чугуна — перлита, сорбита, троостита и ледебурита — и продуктов отпуска стали.
Аустенит- структурная составляющая железоуглеродистых сплавов — твердый раствор углерода (до 2%), а также легирующих элементов в γ-железе. В углеродистых сталях и чугунах устойчив выше 723ºC.
Мартенсит- структура закалённой стали, которая после протравки имеет наблюдаемое под микроскопом мелкое игольчатое строение; отличается высокой твёрдостью и хрупкостью
51.
Механические свойства - характеризуют определенное поведение материала при воздействии внешних нагрузок. Неодинаковы в зависимости от характера нагрузки.
Прочностные свойства (прочность, твердость, упругость)- свойство сопротивляться внешним воздействиям
Пластические свойства (пластичность)- способность изменять размеры и форму без разрушения
Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас3), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.
Доэвтектоидные стали для закалки следует нагревать до температуры на 30-50°С выше Ас3. Температура нагрева стали под закалку, таким образом, составляет 820-840°С. Структура стали 40 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит.В зависимости от температуры отпуска меняется твердость закаленной стали.
53.
Заэвтектоидные стали применяют преимущественно для изготовления режущего инструмента и деталей, которым необходима высокая твердость.
Нагрев заэвтектоидной стали под закалку ниже Асх не вызовет образования аустенита, а резкое охлаждение при таком нагреве не приведет к закалке. Сталь получится мягкой. Нагрев существенно выше Асш вызовет растворение вторичного цементита, рост зерна и снижение твердости после закалки. Одновременно при слишком высоком нагреве будет получаться больше остаточного аустенита, что также приведет к снижению твердости. Поэтому для заэвтектоидной стали оптимальным является нагрев под закалку на 20—50 град выше Асх.
Отпуск — нагрев закаленной стали до температуры ниже Асу, выдержка при этой температуре и последующее охлаждение.
Композицио́нный материа́л (компози́т, КМ) — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или болеекомпонентов с четкой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы.
Изначально композиционные материалы разрабатывались исключительно со стратегическими, военными целями, однако, по прошествии относительно небольшого промежутка времени, они прочно заняли свое место как материалы широкого потребления, нашедшие применение в судостроении, автомобилестроении, химической промышленности, ветроэнергетике, авиационной промышленности и т.д. Композиты успешно заменяют привычные нам материалы, такие как металл, камень и дерево.
Стеклопластик успешно применяется в химической промышленности, заменяя при этом металл. Несомненным преимуществом стеклопластика является то, что он не подвержен воздействию агрессивных сред, и гораздо более долговечен, чем металл. Это позволяет применять стеклопластик там, где использование изделий из других материалов невозможно, или же связано с большими сложностями и рисками, например, хранение и транспортировка очень агрессивных химически активных веществ.
55.
Отжиг 1-го рода — без фазовой перекристаллизации — применяется для приведения металла в более равновесное структурное состояние: снимается наклёп, понижается твёрдость, возрастают пластичность и ударная вязкость, снимаются внутренние напряжения (в связи с процессами отдыха и рекристаллизации).
Отжиг 2-го рода осуществляется с фазовой перекристаллизацией: сталь нагревается до температуры выше критических точек, затем следует выдержка различной продолжительности и последующее сравнительно медленное охлаждение.
Полный и неполный отжиг
Полный отжиг заключается в нагреве стали на 30—50 °C выше верхней критической точки для полного превращения структуры стали в аустенит и последующем медленном охлаждении до 500—600 °C для образования феррита и перлита.
Применение отжига в качестве последующей обработки для вольфрама также общепринято. При этом следует иметь в виду, что проволока и готовые детали с диаметром или толщиной менее 0 08 мм при отжиге могут растрескиваться, если на вольфраме будут покрытия из металлов группы железа или платины. Отжиг необходимо проводить в вакууме в водороде или в светильном газе. Температура может быть до 1200 С, время отжига не должно превышать 90 мин.
Приприменении отжига горячих заготовок сразу после прокатки используются проходные цепные конвейерные печи или толкатель-ные печи, размещаемые непосредственно у отводящего рольганга прокатного стана за ножницами горячей резки.
Наиболее рациональным являетсяприменение отжига горячих заготовок сразу после проката. Применение изотермического отжига горячих заготовок резко сокращает время операции и повышает качество сбртового проката, предотвращая образование флокенов, трещин и других пороков.
56. Отжиг (гомогенизация и нормализация). Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типамартенсита.
Закалку проводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур типа мартенсита. Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки зависит от материала.
Отпуск необходим для снятия внутренних напряжений, внесённых при закалке. Материал становится более пластичным при некотором уменьшении прочности.
Дисперсионное твердение (старение). После проведения отжига проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц.
57.
Низкий отпуск производится при температурах 150 - 300°. Цель его - уменьшить внутренние напряжения в закаленном изделии, не снижая или очень мало снижая при этом его твердость.
Средний отпуск осуществляется при температурах 300 - 450°. Применяется он для изделий, от которых требуются достаточно высокая твердость (Нr = 40 - 50) и высокий предел упругости при наличии определенной вязкости. Высокий отпуск производится при температурах 500 - 680°. После такого отпуска сталь имеет структуру сорбита.
58
Классификация сталей
Стали классифицируют по химическому составу, качеству, степени раскисления, структуре и прочности.
По химическому составу — углеродистые и легированные.
другие. По количеству введенных элементов их разделяют на низко-, средне- и высоколегированные (содержание легирующих элементов до 5 %, от 5 до 10 % и более 10 % соответственно).
По качеству — стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особокачественные. Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства.
По степени раскисления и характеру затвердевания — стали спокойные, полуспокойные и кипящие.
При классификации стали по структуре учитывают особенности ее строения в отожженном и нормализованном состояниях.
В отожженном (равновесном) состоянии конструкционные стали разделяют на четыре класса:
доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит;
эвтектоидные, структура которых состоит из перлита;
аустенитные;
ферритные.
Углеродистые стали могут быть первых двух классов, легированные— всех классов.
По структуре после нормализации стали подразделяют на следующие классы:
перлитный,
мартенситный,
аустеннтный,
ферритный.
59
Отжиг стали заключается в нагреве ее до температуры выше критической, выдержке при этой температуре и относительно медленном охлаждении. Температурный режим отжига определяется той целью, с которой он производится.
Целью отжига может быть получение мелкого зерна, приведение структуры стали к равновесному состоянию, уничтожение внутрикристаллической ликвации, снятие внутренних напряжений.
Нормализация стали
Нормализацией называется процесс термической обработки, заключающийся в нагреве до температуры выше Ас3 для доэвтектоидной или Аст для зазвтектоидной стали с последующим охлаждением на воздухе.
При нагреве до температуры нормализации низкоуглеродистых сталей происходят те же процессы, что и при отжиге, т. е. измельчение зерен. Но, кроме того, вследствие охлаждения, более быстрого, чем при отжиге, и получающегося при этом переохлаждения, строение перлита получается более тонким (дисперсным), а его количество большим. Механические свойства при этом оказываются более высокими (повышенная прочность и твердость), чем при более медленном охлаждении (при отжиге).
Нормализация по сравнению с отжигом — более экономичная операция, так как не требует охлаждения вместе с печью. В связи с указанными преимуществами нормализация получила широкое распространение вместо отжига низкоуглеродистых сталей.
Для отжига и нормализации применяют камерные, толкательные печи и специальные агрегаты.
60
Усталостное разрушение — разрушение материала под действием повторно-переменных (часто циклических) напряжений. Физические причины усталостного разрушения материалов достаточно сложны и ещё не до конца изучены. Одной из основных причин усталостного разрушения принято считать образование и развитие трещин.
61)Фрезерование:основные движения А - вращение резцовой головки вокруг своей оси (главное движение); Б - вращение люльки, согласованное с вращением В-заготовки; это сложное движение обкатки является в станке движением подачи.
62)Точения:основные движения точение—производится при относительно быстром вращении обрабатываемой детали со скоростью D и при медленном прямолинейном и непрерывном движении s инструмента — резца. При точении направление продольной подачи перпендикулярно направлению скорости резания.
63)Медь и ее сплавы Медь относится к тяжелым цветным металлам, ее плотность составляет 8,9 г/см3, что выше, чем у железа. Благодаря высокой электропроводности, теплопроводности и коррозионной стойкости медь заняла прочное место в электропромышленности, приборной технике и химическом машиностроении для изготовления разнообразной аппаратуры. Медь и многие ее сплавы применяют для изготовления изделий криогенной техники. Чистая медь хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии, малочувствительна к изменениям низких температур. При повышении температуры прочностные свойства меди изменяются в широких пределах.
64)Механические, технологические и эксплуатационные свойства Технологические- характеризуют способность материала подвергаться различным способам холодной и горячей обработки. Эксплуатационные-способность материала работать в конкретных условиях.Механические-твердость,вязкость,усталость,прочность.
65) Для Ме характерно наличие металлической связи, когда положительно заряженные ионы образуют плотную, но пластичную кристаллическую решетку,возникают электростатические силы притяжения, которые стягивают ионы. Ионы в твердых металлах располагаются на таком расстоянии друг от друга и в таких точках пространства, в которых силы притяжения и отталкивания взаимно уравновешиваются, но каждый металл имеет определенную прочность и не рассыпается, так как силы притяжения преобладают над силами отталкивания. Свойства металлов делятся на физические, химические, механические и технологические.
К физическим свойствам относятся: цвет, удельный вес, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, теплоемкость, расширяемость при нагревании.
К химическим — окисляемость, растворимость и коррозионная стойкость.
К механическим прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.
К технологическим — прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариваемость,
67) проходной прямой правый; проходной упорный правый;подрезной левый; подрезной; проходной отогнутый правый; отрезной; фасонный; подрезной правый; резьбовой (для наружной резьбы); расточный упорный (в борштанге); расточный (в борштанге); расточный; расточный для внутренней резьбы.
69) Цилиндрические фрезы применяются для фрезерования открытых поверхностей. При помощи торцевых фрез выполняется обработка открытых поверхностей на вертикально-, продольно-, карусельно-фрезерных станках. Концевые фрезы являются инструментами с широкими технологическими возможностями. Их используют для обработки глубоких пазов, уступов, взаимно перпендикулярных плоскостей, для выполнения контурной обработки наружных и внутренних поверхностей сложного профиля. Дисковые фрезы применяются для прорезки пазов, канавок, разрезки металла. Фасонные фрезы применяются для обработки поверхностей и канавок сложного фасонного профиля
70) Головка делительная применяется для закрепления заготовок и поворота их на требуемый угол относительно оси при фрезеровании канавок или плоскостей, расположенных под определенным углом, а также для непрерывного вращения заготовок при фрезеровании на заготовках винтовых канавок
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
49.
50.
51.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60.
61.
62.
63.
64.
65.
66.
67.
68.
69.
70.
71.
72.
73.
74.
75.
76.
77.
78.
79.
80.
81.
82.
83.
84.
85.
86.
87.
88.
89.
90.
91.
92.
93.
94.
95.
96.
97.
98.
99.
100.
101.