Вопрос 16: автоматные:

К этой группе относят стали с хорошей и повышенной обрабатываемостью резанием. Автоматные стали с повышенным содержани­ем серы и фосфора имеют хорошую обрабаты­ваемость. Обрабатываемость резанием улучшают также введением в стали технологических доба­вок селена, свинца, теллура.

Автоматные стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Применяют следующие марки автоматной стали: А12, А20, А30, А40Г. Из стали А12 изготовляют неответст­венные детали, из сталей других марок — более ответственные детали, работающие при значи­тельных напряжениях и повышенных давлениях.

БЫСТРОРЕЖУЩАЯ:

Быстрорежущие стали – это высоколегированные теплостойкие стали, широко применяемые для изготовления режущих инструментов, работающих в условиях значительного силового нагружения и разогрева режущих кромок. Отличительной особенностью быстрорежущих сталей является их высокая теплостойкость (600-650 °С) в сочетании с высокой твёрдостью (64-71 HRC), износостойкостью и повышенным сопротивлением пластической деформации.

Высокие режущие свойства быстрорежущих сталей достигаются легированием их карбидообразующими элементами: вольфрамом, молибденом, ванадием, хромом и некарбидообразующим кобальтом.

Быстрорежущая сталь обычно имеет особую систему обозначений и начинается с буквы «Р». Цифра после буквы «Р» обозначает среднее содержание в ней вольфрама (в процентах от общей массы). Например, Р6М5-быстрорежущая сталь с содержанием вольфрама 6% и молибдена 5% и 89% углерода.

ШАРИКОПОДШИПНИКОВЫЕ:

В обозначении марок шарикоподшипниковой стали буквы и цифры означают:  Ш в начале марки – подшипниковая Х – легированная хромом 4, 15, 20 – массовая доля хрома (0,4 %; 1,5 %; 2,0 %) СГ – легированная кремнием и марганцем Ш в конце марки – полученная методом электрошлакового переплава В в конце марки – изготовленная вакуумированием. 

Как видно из названия, шарикоподшипниковую сталь применяют главным образом для изготовления шариков, роликов и колец подшипников. Наиболее распространённые подшипниковые высокоуглеродистые стали можно классифицировать следующим образом:

стали для подшипников, работающих в обычных условиях;

стали для подшипников, работающих в агрессивных средах и при повышенной температуре.

Вопрос 17: Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 2,14 до 6,67%. Наряду с углеродом в чугуне содержится Si, Mn, S и Р. Содержание S и Р в чугуне больше, чем в стали. В специальные (легированные) чугуны вводят легирующие добавки — Ni, Mo, V, Сr и др. Классифицируются по степени эвтектичности (доэвтектоидные(2,14-4,3% С), эвтектические(4,3% С), заэвтектоидные(>4,3% С). Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют: белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны. Чугуны бывают легированные и нелигированные.  Белый чугун: В белом чугуне весь углерод находится в виде цементита. Структура такого чугуна — перлит, ледебурит и цементит. Такое название этот чугун получил из-за светлого цвета излома.  Серый чугун: Серый чугун это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет. Маркируется серый чугун буквами СЧ, после которых указывают гарантированное значение предела прочности в кгс/мм2, например СЧ30.  Ковкий чугун: Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Ковкий чугун получил свое название из-за повышенной пластичности и вязкости. Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Маркируется ковкий чугун двумя буквами и двумя числами, например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число—предел прочности в кгс/мм2 на разрыв, второе число — относительное удлинение (в %), характеризующее пластичность чугуна.  Высокопрочный чугун: Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно как пластинчатый, и не является концентратором напряжений. Высокопрочные чугуны маркируются буквам ВЧ, после которых указывают значение предела прочности в кгс/мм2.  Чугуны выплавляют в доменных печах, вагранках и электропечах. Выплавляемые в доменных печах чугуны бывают передельными, специальными (ферросплавы) и литейными. Передельные и специальные чугуны используются для последующей выплавки стали и чугуна. В вагранках и электропечах переплавляют литейные чугуны. Около 20 % всех выплавляемых чугунов используют для изготовления отливок.

Вопрос 18: Термическая обработка металлов и сплавов — процесс тепловой обработки металлических изделий, целью которого является изменение структуры и свойств в заданном направлении.

Среди основных видов термической обработки следует отметить:

Дисперсионное твердение (старение)

Закалка

Отпуск

Отжиг (гомогенизация и нормализация). Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типа мартенсита.

Вопрос 19: Термическая обработка металлов и сплавов — процесс тепловой обработки металлических изделий, целью которого является изменение структуры и свойств в заданном направлении.  Виды термической обработки  Среди основных видов термической обработки следует отметить:  Отжиг (гомогенизация и нормализация). Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типа мартенсита.  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.  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.  Отпуск закаленных деталей  Отпуск закаленных деталей уменьшает их хрупкость, повышает вязкость и снимает внутренние напряжения. В зависимости от температуры нагрева различают низкий, средний и высокий отпуск.  Низкий отпуск применяют главным образом при обработке измерительного и режущего инструмента. Закаленную деталь нагревают до температуры 150-250С (цвет побежалости - светло-желтый), выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают на воздухе. В результате такой обработки материал, теряя хрупкость, сохраняет высокую твердость и, кроме того, в нем значительно снижаются внутренние напряжения, возникающие при закалке.  Средний отпуск применяют в тех случаях, когда хотят придать детали пружинящие свойства и достаточно высокую прочность при средней твердости. Для этого деталь нагревают до 300-500С и затем медленно охлаждают.  И наконец, высокому отпуску подвергают детали, у которых необходимо полностью снять все внутренние напряжения. В этом случае температура нагрева еще выше - 500-600С. 

Вопрос 20: Термообработку (закалку и отпуск) деталей простой формы (валики, оси, зубила, кернеры) часто делают за один раз. Нагретую до высокой температуры деталь опускают на некоторое время в охлаждающую жидкость, затем вынимают. Отпуск происходит за счет тепла, сохранившегося внутри детали.  Небольшой участок детали быстро зачищают абразивным брусочком и следят за сменой цветов побежалости на нем. Когда появится цвет, соответствующий необходимой температуре отпуска (220С - светло-желтый, 240С - темно-желтый, 314С - светло-синий, 330С - серый), деталь вновь погружают в жидкость, теперь уже до полного охлаждения. При отпуске небольших деталей (как и при закалке) нагревают какую-нибудь болванку и на нее кладут отпускаемую деталь. При этом цвет побежалости наблюдают на самой детали.  Отжиг стальных деталей  Чтобы облегчить механическую или пластическую обработку стальной детали, уменьшают ее твердость путем отжига. Так называемый полный отжиг заключается в том, что деталь или заготовку нагревают до температуры 900С, выдерживают при этой температуре некоторое время, необходимое для прогрева ее по всему объему, а затем медленно (обычно вместе с печью) охлаждают до комнатной температуры.  Внутренние напряжения, возникшие в детали при механической обработке, снимают низкотемпературным отжигом, при котором деталь нагревают до температуры 500-600С, а затем охлаждают вместе с печью. Для снятия внутренних напряжений и некоторого уменьшения твердости стали применяют неполный отжиг - нагрев до 750-760С и последующее медленное (также вместе с печью) охлаждение.  Отжиг используется также при неудачной закалке или при необходимости перекаливания инструмента для обработки другого металла (например, если сверло для меди нужно перекалить для сверления чугуна). При отжиге деталь нагревают до температуры несколько ниже температуры, необходимой для закалки, и затем постепенно охлаждают на воздухе. В результате закаленная деталь вновь становится мягкой.

Вопрос 21. В металлургическом производстве широко используется термомеханическая обработка стали. Она заключается в сочетании прокатки, штамповки с закалкой. Это позволяет повысить прочность металла как в результате наклепа, который получается при пластической деформации, так и вследствие термообработки. Благодаря этому удается достичь более высокого упрочнения.

Существует два основных способа термомеханической обработки стали.

1) ВТМО;

2) НТМО.

Каждый из методов используется по мере необходимости.

Высокотемпературная термомеханическая обработка стали заключается в том, что непосредственно после горячего воздействия давлением, когда металл имеет температуру выше положенного уровня и аустенитную структуру, проводится резкое охлаждение-закалка. За короткое время между окончанием процесса и закалкой рекристаллизация не успевает произойти. В связи с этим наклеп и упрочнение, которые возникли при пластической деформации во время прокатки или штамповки, не устраняются и остаются в материале после его остывания.

При втором способе НТМО металл нагревают до аустенитного состояния, затем охлаждают ниже температуры рекристаллизации, но выше температуры начала превращения, т. е. в температурном интервале примерно 400 - 600°С . Деформация вызывает наклеп аустенита, рекристаллизации же в этих условиях не происходит. Затем проводится закалка: образуется мартенсит, который, как и в предыдущем способе, наследует дислокации, а значит и упрочнение, получение при низкотемпературной термомеханической обработке стали. Здесь устранен недостаток первого способа, так как рекристаллизация практически отсутствует и потому наиболее полно используется эффект упрочнения от наклепа.

Существует также высокотемпературная поверхностная термомеханическая обработка. Сущность ее заключается в том, что деталь подвергается поверхностному нагреву ТВЧ и одновременно обкатывается роликами. В результате в поверхностном слое изделия, разогретом до аустенитного состояния, происходит наклеп и после закалки образуется мартенситная структура, в которой наследуется дополнительное упрочнение, полученное при обкатке оборудованием. Метод ВТМПО очень эффективен при упрочнении шеек и галтелей коленчатых валов и других ответственных деталей.

Вопрос 22. Основное назначение поверхностной закалки: повышение твердости, износостойкости и предела выносливости деталей (зубьев шестерен, шеек валов, направляющих станин металлорежущих станков и др.).

Сердцевина детали остается вязкой и хорошо воспринимает ударные и другие нагрузки.

В промышленности применяют следующие способы поверхностной закалки: закалку с индукционным нагревом; токами высокой частоты (т. в. ч.); с электроконтактным нагревом; ацетилено-кислородным пламенем;

Общим для всех способов поверхностной закалки является нагрев поверхностного слоя детали до температуры выше критической точки Ас3 с последующим быстрым охлаждением для получения структуры мартенсита. В настоящее время наибольшее распространение получила поверхностная закалка с индукционным нагревом т. в. ч. Реже, главным образом для крупных деталей, применяют закалку с нагревом газовым пламенем.

Вопрос 23: Химикотермическая обработка(ХТО) - это технологический процесс, который заключается в диффузном насыщении поверхностного слоя деталей какими-то элементами, для изменения его состава структуры и свойств. Виды ХТО: 1) Цементация(твердая и газовая) насыщается углеродом низкоуглеродистые стали, глубина слоя от 0,5мм до 4мм, после ХТО детали могут подвергать закалке и низкому отпуску или шлифовке, в результате ХТО твёрдость поверхностного слоя от 58 до 62HRC, карбюризаторами являются для твёрдой смесь древесного угля и углекислых солей, а для газовой природный газ или метан; 2) азотирования, насыщается азотом с температурой в печи 500-600 градусов, насыщают среднеуглеродистые стали после чистовой обработки, после закалки и отпуска так же легированные хромом, ванадием титаном. глубина слоя 0,5мм. после ХТО детали шлифуют или полируют. В результате твёрдость поверхностного слоя от 45 до 52HRC. Карбюризатор - аммиак; 3) нитроцементация, насыщение азот + углерод. Производится для конструкционных, инструментальных быстрорежущих сталей. глубина слоя от 0,02 до 0,04 для быстрорежущих от 0,2-0,8мм. после ХТО деталь подвергают закалке при температуре 800-825 градусов так же придают низкому отпуску 160-180 градусов. В результате твердость поверхностного слоя от 56-62HRC. Карбюризатором является смесь природного газа с аммиаком.

Вопрос 24: Твёрдые сплавы — твёрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти свойства при 900—1150 °C. В основном изготовляются из высокотвердых и тугоплавких материалов на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома, связанные кобальтовой металлической связкой, при различном содержании кобальта или никеля. По химическому составу твердые сплавы классифицируют: вольфрамокобальтовые твердые сплавы (ВК); титановольфрамокобальтовые твердые сплавы (ТК); титанотанталовольфрамокобальтовые твердые сплавы (ТТК). Твердые сплавы по назначению делятся (классификация ИСО) на: Р — для стальных отливок и материалов, при обработке которых образуется сливная стружка; М — для обработки труднообрабатываемых материалов; К — для обработки легированных сталей и других сплавов. Твердые сплавы условно можно разделить на три основные группы: вольфрамосодержащие твердые сплавы титановольфрамосодержащие твердые сплавы титанотанталовольфрамовые твердые сплавы Обозначения марок сплавов построено по следующему принципу: 1 группа - сплавы содержащие карбид вольфрама и кобальт. Обозначаются буквами ВК, после которых цифрами указывается процентное содержание в сплаве кобальта. К этой группе относятся следующие марки: ВКЗ, ВКЗМ, ВК6, ВК6М, ВК60М, ВК6КС, ВК6В, ВК8, ВК8ВК, ВК8В, ВК10КС, ВК15, ВК20, ВК20КС, ВК10ХОМ, ВК4В. 2 группа - титановольфрамовые сплавы, имеющие в своем составе карбид титана, карбид вольфрама и кобальт. Обозначается буквами ТК, при этом цифра, стоящая после букв Т обозначает % содержание карбидов титана, а после буквы К - содержание кобальта. К этой группе относятся следующие марки: Т5К10, Т14К8, Т15К6, ТЗОК4. 3 группа — титанотанталовольфрамовые сплавы, имеющие в своем составе карбид титана, тантала и вольфрама, а также кобальт и обозначаются буквами ТТК, при этом цифра, стоящая после ТТ % содержание карбидов титана и тантала, а после буквы К - содержание кобальта. К этой группе относятся следующие марки: ТТ7К12, ТТ20К9. 4 группа — сплавы с износостойкими покрытиями. Имеют буквенное обозначение ВП. К этой группе относятся следующие марки: ВП3115 (основа ВК6), ВП3325 (основа ВК8), ВП1255 (основа ТТ7К12).

Вопрос 25: Прецизионные сплавы — группа сплавов с заданными физико-механическими свойствами. В эту группу, как правило, входят высоколегированные сплавы с точным химическим составом. Магнитные стали и сплавы. Ферромагнетизмом (способностью в значительной степени сгущать магнитные силовые линии) обладают железо, кобальт и никель. Эта способность характеризуется магнитной проницаемостью. Магнитные свойства материала характеризуются остаточной индукцией и коэрцитивной силой. Остаточной индукцией называют магнитную индукцию, остающуюся в образце после его намагничивания и снятия внешнего магнитного поля. Коэрцитивной силой Нс (А/м) называют значение напряженности внешнего магнитного поля, необходимое для полного размагничивания ферромагнитного вещества.

Магнитные стали и сплавы в зависимости от коэрцитивной силы и магнитной проницаемости делят на магнитно-твердые и магнитно-мягкие.

Магнитно-твердые стали и сплавы применяют для изготовления постоянных магнитов; имеют большую коэрцитивную силу. Это высокоуглеродистые и легированные стали, специальные сплавы. Углеродистые стали (У10-У12) после закалки имеют достаточную коэрцитивную силу, но, так как они прокаливаются на небольшую глубину, их применяют для изготовления небольших магнитов. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми прокаливаются значительно глубже, поэтому из них изготовляют более крупные магниты.

Магнитно-мягкие стали и сплавы. Магнитно-мягкие стали и сплавы имеют малую коэрцитивную силу и большую магнитную проницаемость. К ним относят электротехническое железо и сталь, железоникелевые сплавы (пермаллои).

Электротехническое железо (марки Э, ЭА, ЭАА) содержит менее 0,04% С, имеет высокую магнитную проницаемость и применяется для сердечников, полюсных наконечников электромагнитов и др. уровень электротехнических свойств.

Железоникелевые сплавы (пермаллои) содержат 45-80% Ni, их дополнительно легируют Сг, Si, Mo. Магнитная проницаемость этих сплавов очень высокая. Применяют пермаллои в аппаратуре, работающей в слабых электромагнитных полях (телефон, радио).

Сплавы с высоким электрическим сопротивлением. Их применяют для изготовления электронагревателей и элементов сопротивлений (резисторов) и реостатов. Сплавы для электронагревателей обладают высокой жаростойкостью, высоким электрическим сопротивлением, удовлетворительной пластичностью в холодном состоянии.

Стойкость нагревателей из железохромоалюминиевых сплавов выше, чем у нихромов. Сплавы выпускают в виде проволоки и ленты, применяют для бытовых приборов (сплавы Х13Ю4, Х15Н60, Х20Н80), а также для промышленных и лабораторных печей (0Х23Ю5).

Сплавы с заданным коэффициентом теплового расширения. Они содержат большое количество никеля. Сплав 36Н, называемый инваром, применяют для изготовления деталей приборов, требующих постоянных размеров в интервале климатических изменений температур.

Сплавы с заданными упругими свойствами. К таким сплавам относят сплав 40КХНМ (0,07-0,12% С; 15-17% Ni; 19-21% Сг; 6,4-7,4% Мо; 39-41% Со). Это высокопрочный с высокими упругими свойствами, немагнитный, коррозионностойкий в агрессивных средах сплав. Применяют его для изготовления заводных пружин часовых механизмов, витых цилиндрических пружин, работающих при температурах до 400°С.