|
Реферат: Качество стали (Металлургия)
1. Качество стали определяется содержанием вредных примесей..
Основные вредные примеси - это сера и фосфор. Так же к вредным
примесям относятся газы ( азот, кислород, водород ).
Сера - вредная примесь - попадает в сталь главным образом с исход-
ным сырьём - чугуном. сера нерастворима в железе, она образует с ним
соединение FeS - сульфид железа. при взаимодействием с железом образу- ется
эвтектика ( Fe + FeS ) с температурой плавения 9880 С. Поэтому при нагреве
стальных заготовок для пластической деормации выше 9000 С ста- ль
становится хрупкой. При горячей пластической деформации заготовка
разрушается. Это явление называется красноломкостью. Одним из способов
уменьшения влияния серы является введение марганца. Соединение Mns
плавится при 16200 С, эти включения пластичны и не вызывают краснолом-
кости.
Содержание серы в сталях допускается не более 0.06%.
Фосфор попадает в сталь главным образом также с исходным чугуном,
используемым также для выплавки стали. До 1.2% фосфор растворяется в
феррите, уменьшая его пластичность. Фосфор обладает большой склоннос-
тью к ликвации, поэтому даже при незначительном среднем количестве
фосфора в отливке всегда могут образоваться участки, богатые фосфором.
Расположенный вблизи границ фосфор повышает температуру перехода в
хрупкое состояние ( хладноломкость ). Поэтому фосфор, как и сера, явля-
ется вредной примесью, содержание его в углеродистой стали допускается до
0.050%.
Скрытые примеси:
Так называют присутствующие в стали газы - азот, кислород, водород - ввиду
сложности определения их количества. Газы попадают в сталь при её выплавки.
В твёрдой стали они могут присутствовать, либо растворяясь в феррите, либо
образуя химическое соединение (нитриды, оксиды ). Газы могут находиться и в
свободном состоянии в различных несплошностях.
Даже в очень малых количествах азот, кислород и водород сильно ухудшают
пластические свойства стали. Содержание их в стали допускается
10-2 - 10-4 %. В результате вакуумирования стали их содержание уменьшает-
ся, свойства улучшаются.
Углеродистые инструментальные стали бывают двух видов: качественные
и высококачественные.
Качественные углеродистые инструментальные стали маркируют буквой
“ У “ ( углеродистая ); следующая за ней цифра ( У7, У8, У10 и т.д ) пока-
зывает среднее содержание углерода в десятых долях процента.
Высококкачественные стали дополнительно маркируются буквой “ А “ в конце
( У10А ).
Инструментальные углеродистые стали:
Обладают высокой твёрдостью ( 60-65 HRC ), прочностью и износостой- костью
и применяются для изготовления различного инструмента.
Углеродистые инструментальные стали У8 (У8А), У10 (У10А), У11 (У11А),
У12 (У12А) и У13 (У13А) вследствие малой устойчивости переохлажденного
аустенита имеют небольшую прокаливоемость, и поэтому эти стали приме- няют
для инструментов небольших размеров.
Для режущего инстумента ( фрезы, зенкеры, свёрла, спиральные пилы, ша-
беры, ножовки ручные, напильники, бритвы, острый хирургический инстру- мент
и т.д ) обычно применяют заэвтектоидные стали ( У10, У11, У12 и У13 ),
у которых после термической обработки структура - мартенсит и карбиды.
Деревообрабатывающий инструмент, зубила, кернеры, бородки, отвёртки,
топоры изготовляют из сталей У7 и У8, имеющих после термической обра- ботки
трооститную структуру.
Углеродистые стали в исходном (отожжённом) состоянии имеют струк- туру
зернистого перлита, низкую твердость ( HB 170-180 ) и хорошо обраба-
тываются резанием. Температура закалки углеродистых инструментальных сталей
У10-У13 должна быть 760-780 0 С, т.е несколько выше Ас1 , но ниже
Аст для того, чтобы в результате закалки стали получали мартенситную
структуру и сохраняли мелкое зерно и нерастворбнные частицы вторичного
цементита. Закалку проводят в воде или водных растворах солей. Мелкий
инструмент из сталей У10-У12 для уиеньшения деформаций охлаждают в го-
рячих средах ( ступенчатая закалка ).
Отпуск проводят при 150-1700 С для сохранения высокой твёрдости
( 62-63 HRC ).
Сталь У7 закаливают с нагревом выше точки Ас3 ( 800-8200 С ) и под-
вергают отпуску при 275-325 0 С ( 48-58 HRC ).
Углеродистые стали можно использовать в качестве режущето инстру-
мента только для резанья материалов с малой скоростью, так как их высо-
кая твёрдость сильно снижается при нагреве выше 190-200 0 С.
2. Диаграмма состояния железо-карбид железа.
Стали, содержащие от 0,8 до 2.14 % С, называют заэвтектоидными.
В начале нагревания заэвтектоидный сплав имеет структуру перлита и
вторичного цементита.
При повышении температуры до 7270 С сплав просто нагревается. В т.1
происходит эвтектоидное превращение, перлит превращается в аустенит. От
точки 1 до точки 2 сплавы имеют структуру аустенит + вторичный цемен- тит.
По мере приближения к точки 2 концентрация углерода в аустените
увеличивается согласно линии SE.
При температурах, соответствующих линии SE ( т.2 ), аустенит оказывается
насыщенным углеродом, и при повышении температуры сплав имеет струк- туру
только аустенита. До точки 3 в сплаве не происходит никаких измене- ний,
просто увиличивается температура.
При повышении температуры в точки 3 твёрдый аустенит начинает плави- ться.
Структура становится жидкость+аустенит. До точки 4 сплав продол- жает
плавиться.
В точке 4 под влиянием высокой температуры весь аустенит расплавля- ется.
Структура становится - жидкость.
3. При нагреве выше температуры 7270 С число зародышей всегда достато- чно
велико и начальное зарно аустенита мелкое. Чем выше скорость нагре- ва, тем
меньше зерно аустенита, так как скорость образования зародышей выше, чем
скорость их роста.
При дальнейшем повышении температуры или увеличении длительности
выдержки при данной температуре происходит собирательная рекристал- лизация
и зерно увеличиается. Рост зерна, образовавшегося при нагреве до
данной температуры, етественно, не изменяется при последующим охлажде- нии
Способность зерна аустенита к росту зерна неодинакова даже у сталей
одного марочного состава вследствие влияния условий их выплавки.
По склонности к росту зерна разлиают два предельных типа сталей:
наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые.
В наследственно мелкозернистой стали при нагреве до высоких темпера- тур
( 1000-10500 С ) зерно увеличивается незначительно, однако при более
высоком нагреве наступает бурный рост зерна. В наследственно крупнозер-
нистой стали, наоборот, сильный рост зерна наблюдается даже при незна-
чительном перегреве выше 7270 С. Различная склонность к росту зерна оп-
ределяется условиями раскисления стали и её составом.
Чем меньще зерно, тем выше прочность (sв ,sт ,s-1), пластичность (d,y)
и вязкость ( KCU, KCT ), ниже порог хладноломкости ( t50 ) и меньше скло-
нность к хрупкому разрушению. Уменьщая размер зерна аустенита, можно
компенсировать отрицательное влияние других механизмов упрочнения на порог
хладноломкости.
Легирующие элементы, особенно карбидообразующие ( нитридообразую- щие )
задержиают рост зерна аустенита. Наиболее сильно действуют Ti,
V, Nb, Zr, Al, и N, образующие трудно растворимые в аустените карбиды
( нитриды ), которые служат барьером для роста зерна. Чем больше объ- ёмная
доля карбидов ( нитридов ) и выше их дисперстность ( меньше размер ), тем
мельче зерно аустенита. Одновременно нерастворимые кар- биды ( натриды )
оказывают зародышное влияние на образование новых зёрен аустенита, что
также приводит к получению более мелкого зерна. Марганец и фосфор
способствуют росту зерна аустенита.
Все методы, вызывающие измельчение зерна аустенита, - микролегирование (
V, Ti, Nb и др.), высокие скорости нагрева и др. - повышают конструкцион-
ную прочность стали.
Крупное зерно стремятся получить только в электротехнических ( транс-
форматорных ) сталях, чтобы улучшить их магнитные свойства.
.
Реферат на тему: Классификация и производство отливок из хладостойкой стали. Отливки из магниевых сплавов
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра металлургии
РЕФЕРАТ
«Классификация и производство отливок из хладостойкой стали. Отливки из
магниевых сплавов.»
Выполнили: Дарчев Н.
Андреев А.
Селезнёв Е.
Принял: Казакова Т.В.
ЛИПЕЦК – 2002
ОТЛИВКИ ИЗ ХЛАДОСТОЙКОЙ СТАЛИ
Развитие криогенной техники, бурное освоение сырьевой базы в районах
Крайнего Севера и Дальнего Востока потребовали изготовления машин и
различного оборудования, способного надежно и длительно работать при
отрицательных температурах. Хладостойкость многих, в том числе и литейных
конструкционных сталей недостаточна. Основной причиной, вызывающей снижение
пластичности и сопротивления хрупкому разрушению в области отрицательных
температур, является загрязненность сплава кислородом, серой, фосфором,
рядом цветных металлов. С их присутствием связано образование различной
формы неметаллических включений, снижение межкристаллической прочности.
Многолетняя практика показала, что допустимые стандартом концентрации
серы и фосфора (~0.05-0.04% каждого из элементов) являются чрезвычайно
высокими. По данным Ю.А.Шульте, при уменьшении содержания серы в
нелегированной и низколегированной конструкционных сталях от 0.04 до 0.01%
ударная вязкость возрастает в 2 – 3 раза, снижается порог хладноломкости.
Установлено, что наибольший рост пластичности и ударной вязкости
достигается при содержании серы менее 0.01%. Следовательно, одним из
направлений является глубокая десульфурация стали. Количество оксидных
включений и их форма во многом определяются природой раскислителей и
технологией проведения этой операциию Применение для окончательного
раскисления силикокальция, силикобария, силицидов позволяет не только
снизить общую загрязненность стали неметаллическими включениями, но и
придать им более благоприятную округлую форму. Существенное значение имеет
строение металлической основы. Мелкозернистая равноосная структура матрицы,
получаемая в результате легирования и термической обработки, повышает
хладостойкость стали.
Особенностью хладостойких литейных сталей (ГОСТ 21357-75) является
низкая допустимая концентрация серы и фосфора (до 0.02% каждого). Большую
часть сталей легируют молибденом (0.1-0.3%) и ванадием (0.06-0.15%).
Стандарт требует обрабатывать сталь при выплавке комплексными
раскислителями. Литые детали из хладостойкой износостойкой стали
эксплуатируют при температуре до –60ОС.
В число сдаточных характеристик наряду с [pic]введена ударная вязкость
при –60ОС. Не допускаются в отливках неметаллические включения пленочного
типа.
Как следует из изложенного выше, основные особенности производства
хладостойких отливок заключаются в выплавке, модифицировании сплавов и
термической обработке отливок. Каких-либо существенных изменений технологии
изготовления форм и других процессов получения отливок не требуется.
Типовыми представителями отливок из хладостойких сталей марок
27ХН2МФЛ, 35ХМФЛ и др. по ГОСТ 21357 являются звенья гусениц тракторов и
экскаваторов, зубья ковшей, разрыхлители грунта, сварочно-литые конструкции
больших сечений экскаваторов; изделия из этих сталей в основном применяются
в горнорудной и горнометаллургической промышленности.
В холодильной технике широко применяют сжиженные газы, в частности
азот. Чтобы сохранить его в жидком состоянии, нужен ужасный мороз — почти
200 градусов ниже нуля. При такой температуре обычная сталь становится
хрупкой, как стекло. Контейнеры для хранения жидкого азота делают из
хладостойкой стали, но и она долгое время “страдала” одним существенным
недостатком: сварные швы на ней имели низкую прочность. Устранить этот
недостаток помог молибден. Прежде в состав присадочных материалов,
применяемых при сварке, входил хром, который как оказалось, приводил к
растрескиванию кромок шва. Исследования позволили установить. что молибден,
наоборот, предотвращает образование трещин. После многочисленных опытов был
найден оптимальный состав присадки: она должна содержать 20% молибдена. А
сварные швы теперь так же легко переносят двухсотградусный мороз, как и
сама сталь.
Фотографические структуры стали 40ХНМЛ до и после обработки
бескремниевыми комплексными лигатурами*
Дендритная структура стали 40ХНМЛ (х20)
[pic]
До обработки Обработано
Микроструктура стали 40ХНМЛ (х400)
[pic] [pic]
До обработки Обработано
Неметаллические включения в стали 40ХНМЛ
[pic] [pic]
До обработки
Обработано
ОТЛИВКИ ИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Для изготовления фасонных отливок используют три группы магниевых
сплавов: сплавы магния с алюминием и цинком, сплавы магния с цинком и
цирконием, сплавы магния, легированные редкоземельными металлами.
Сплавы 1-й группы предназначены для производства высоко нагруженных
отливок, работающих в атмосфере с большой влажностью. Для повышения
коррозионной стойкости в сплавы вводят 0.1-0.5% марганца, а для снижения
окисляемости 0.001-0.002% бериллия или 0.5-0.1% кальция. Сплавы этой группы
относят к числу высокопрочных. Основным упрочнителем в них является
алюминий, растворимость которого в магнии при эвтектической температуре
составляет 17.4%, а при нормальной – 2.8%. Цинк также упрочняет магний, но
менее эффективно, чем алюминий.
Основными структурными составляющими сплавов этой группы являются
первичные кристаллы (Mg твердого раствора алюминия и цинка в магнии, фазы
((Mg17Al12), ((Mn, Al) и марганцевая фаза. Фаза ( является упрочнителем
сплавов при термической обработке.
Сплавы 2-й группы также относят к числу высокопрочных. Они отличаются
от магниевых сплавов других групп повышенными механическими свойствами и
хорошей обрабатываемостью резанием. Легирование их лантаном улучшает
литейные свойства, несколько повышает жаропрочность и свариваемость, но
снижает прочность и пластичность при нормальной температуре. Эти сплавы
обладают удовлетворительными литейными свойствами, имеют измельченные
цирконием зерна, способны упросняться при термической обработке. Из них
можно получать отливки с однородными свойствами в различных по толщине
сечениях. Их используют для изготовления отливок, работающих при 200-250ОС
и высоких нагрузках. Основными структурными составляющими являются твердый
раствор цинка и циркония в магнии ((Mg) и включения интерметаллидов Mg2Zn3
и ZrZn2, являющихся упрочнителями при термической обработке.
Сплавы 3-й группы обладают высокой жаропрочностью и хорошей
коррозионной стойкостью. Они предназначены для длительной работы при 250-
350ОС и кратковременной при 400ОС. Эти сплавы имеют хорошие литейные
свойства, высокую герметичность, малую склонность к образованию микрорыхлот
и усадочных трещин, высокие и однородные механические свойства в сечениях
различной толщины. Сплавы с редкоземельными элементами применяют для
изготовления отливок, работающих под воздействием статических и усталостных
нагрузок. 0сновными их структурными составляющими являются твердый раствор
неодима и циркония в магнии и включения фаз Mg3Nd, Mg9Nd, Mg2Zr.
Для изготовления отливок чаще используют сплавы первой группы.
Особенности плавки и литья.
Плавка магниевых сплавов сопряжена с рядом трудностей, связанных
прежде всего с их легкой окисляемостью. На поверхности магниевых расплавов,
в отличие от алюминиевых, образуется рыхлая пленка оксида, не
предохраняющая металл от дальнейшего окисления. При незначительном
перегреве магниевые расплавы легко воспламеняются. В процессе плавки магний
и его сплавы взаимодействуют с азотом, образуя нитриды, и интенсивно
поглощают водород (до 30 см3 на 100 г расплава). Оксиды и нитриды, находясь
во взвешенном состоянии, обусловливают снижение механических свойств сплава
и образование микропористости в отливках.
Для предотвращения интенсивного взаимодействия с печными газами плавку
магниевых сплавов ведут под флюсами или в среде защитных газов. При плавке
большей части магниевых сплавов применяют флюсы, основой которых является
карналлит. Покровные флюсы для сплавов с редкоземельными элементами не
должны содержать хлористый магний, так как он взаимодействует с РЗМ с
образованием хлоридов, увеличивая их потери до 20%.
Применение флюсов вызывает ряд нежелательных явлений. Попадание флюса
в тело отливки приводит к образованию очагов интенсивной коррозии из-за их
высокой гигроскопичности; существенно ухудшаются условия труда. Поэтому в
настоящее время широко применяют безфлюсовую плавку, используя для защиты
магниевых расплавов газовые смеси. В производственных условиях чаще всего
используют смесь воздуха с 0.1% шестифтористой серы.
В зависимости от масштаба производства и массы отливок применяют три
способа плавки литейных магниевых сплавов: в стационарных тиглях, выемных
тиглях и дуплекс-процессом (в индукционной печи-тигле).
-----------------------
[pic]
| |
