26. Непрерывная разливка сталей.

Советскими учеными предложен метод непрерывно литья заготовок и реализован был в конце 80-х годов. Сущ. Метода заключается в том, что жидкий металл поступает в приемник из приемника в кристаллизатор , представляющий собой охлаждаемый механизм, внутр. Форма кристаллизатора может быть круглой , квадратной или нужной нам формы.

На первой ступени кристаллизатора наружняя поверхность кристаллизуется ,

Тогда как внутренняя часть имеет жидкое состояние который так же активно охлаждается и на выходе мы получаем полностью кристаллизованную отливку.

27. Определение стали и чугуна.

Чугун – Сплав железа с углеродом где С больше 2%.

Сталь – сплав железа с углеродом где С меньше 2% и наличием легирующих компонентов.

28. Раскисление сталей.

Процесс раскисления- процесс удаления кислорода из жидкой стали. Газовые пузыри сильно ухудшают свойства стали.Раскисление стали осуществляется при помощи таких металлов, у которых химическое сродство к кислороду больше, чем у железа.Обычно это марганец, кремний или алюминий.

29. Влияние серы и фосфора на свойства сталей.

Сера и фосфор отрицательно влияют на качество сталей. Чем меньше этих примесей тем качественнее сталь.

30. Легирование сталей.

Легированные стали. По сравнению с углеродистыми легированные стали 9ХФ, 11ХФ, 13Х имеют следующие преимущества: большую прокаливаемость (возможность применения для инструмента большего сечения); большую пластичность в отож­женном состоянии; возможность применения при закалке более умеренных охладителей — масла, горячих сред (меньшая деформа­ция инструмента); более высокую прочность (при изгибе) в зака­ленном состоянии; более высокие режущие свойства; более постоян­ные и однородные свойства в разновременно обрабатываемых пар­тиях инструмента. Назначение этих сталей следующее: 9ХФ — для круглых и ленточных пил, для ножей при холодной резке металла; 11ХФ — для метчиков и другого режущего инструмента диаметром до 30 мм, закаливаемого с охлаждением в горячих средах; 13Х — для брит­венных ножей и лезвий, острого хирургического инструмента, шаберов, гравировального инструмента.

Основной легирующий элемент в сталях X, 9ХС, ХВГ, ХВСГ — хром. Сталь X легирована только хромом. Повышенное содержание хрома значительно увеличивает прокаливаемость. Сталь X прока­ливается в масле насквозь в сечении до 25 мм (твердость в сере­дине не ниже HRC 60), а сталь УК) только в сечении до 5 мм. При­меняют сталь X для токарных, строгальных и долбежных резцов в лекальных и ремонтных мастерских. Сталь 9ХС кроме хрома легирована кремнием. По сравнению со сталью X она имеет боль­шую прокаливаемость — до 35 мм; повышенную теплостойкость до 250—260° С (сталь X до 200—210° С); лучшие режущие свой­ства; более равномерное распределение карбидов. Из стали 9ХС изготовляют сверла, развертки, фрезы, метчики, плашки.

Сталь ХВГ легирована хромом, вольфрамом и марганцем. Она имеет большую прокаливаемость, чем сталь 9ХС, — до 45 мм. Являясь малодеформирующейся сталью, глубоко прокаливающейся, сталь ХВГ применяют для крупных и длинных протяжек, длинных метчиков, длинных разверток и т. п.

Сталь ХВСГ — сложнолегированная сталь и по сравнению с 9ХС и ХВГ лучше закаливается и прокаливается. При охлаждении в масле она прокаливается насквозь в сечении до 80 мм. Она меньше чувствительна к перегреву. Теплостойкость ее такая же, как у стали 9ХС. Сталь ХВСГ применяют для круглых плашек, разверток, крупных протяжек и другого режущего инструмента.

31. Классификация сталей.

По применению стали подразделяют на следующие груп­пы и подгруппы:

Конструкционные стали: строительные; машиностроительные общего назначения (стали, используемые без термической обработки, упрочняемые в поверхностном слое и упрочняемые по всему сече­нию); машиностроительные специализированного назначения (стали пружинные, шарикоподшипниковые, автоматные, жаропрочные и др.).

Инструментальные стали.

Стали с особыми свойствами: с особыми химическими свойст­вами (нержавеющие стали); с особыми физическими свойствами (магнитные, с малым и заданным коэффициентом расширения и др.).

32. Маркировка сталей.

Обозначение сталей обыкновенного качества — буквенно-циф­ровое, например Ст0, Ст1 — Ст6, БСт0, БСт1 — БСт6, ВСт2 — ВСт5. Буквы Ст означают сталь, цифры от 0 до 6 — условный но­мер марки в зависимости от химического состава и механических свойств. Буквы Б и В перед обозначением марки означают группу стали; группа А в обозначении марки стали не указывается. Для обозначения степени раскисления к обозначению марки стали после номера марки добавляют индексы: кп — кипящая, пс — полуспо­койная, сп — спокойная, например, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, БСтЗкп, ВСтЗсп.

Углеродистые качественные конструкционные стали обозначают двузначными цифрами, показывающими среднее содержание угле­рода в стали, выраженное в сотых долях процента. Например, сталь с содержанием 0,12—0,19% С обозначают как сталь 15, сталь с 0,27— 0,35% С — как сталь 30, сталь с 0,42—0,50% С— как сталь 45 и т. д. Кипящая сталь в конце марки имеет индекс кп, например сталь с 0,05—0,11 % С обозначают как сталь 08 кп.

Углеродистые инструментальные стали маркируют следующим образом: впереди ставят букву У, за ней цифру, обозначающую среднее содержание углерода, выраженное в десятых долях процента. Например, сталь с содержанием 0,75—0,84% С обозначают как сталь У8, сталь с содержанием 0,95—1,04% С как сталь У10 и т.д.

В основу обозначения марок легированных сталей положена буквенно-цифровая система. Легирующие элементы обозначают рус­скими буквами (табл. 3). Цифры с левой стороны букв означают среднее содержание углерода: если две цифры — в сотых долях процента, если одна — десятых долях процента. Для некоторых инструментальных сталей цифра, означающая содержание углерода, отсутствует. Это означает, что содержание углерода в стали состав­ляет —1 %. Цифры после букв показывают примерное содержание легирующих элементов, выраженных в целых процентах. Если со­держание легирующего элемента 1—1,5% и менее, то цифра после буквы не ставится. Например, сталь состава 0,57—0,65% С и 1,5—2,0% Si обозначают 60С2; сталь состава 0,36—0,44% С и 0,8—1,1% Сг—40Х; сталь состава 0,60—0,75% С и 3,2—3,8% Сг — 7X3; сталь состава 0,95—1,10% С и 1,30—1,65% Сг—X.

Для высококачественных сталей в конце обозначения марки ставят букву А, например сталь ЗОХГС—качественная, а сталь ЗОХГСА — высококачественная; сталь У8 — качественная, У8А — высококачественная.

Все стали инструментальные легированные и с особыми свойст­вами всегда высококачественные и поэтому в обозначениях марок этих сталей буква А не ставится.

В маркировке сталей в начале иногда ставят буквы, указы­вающие их применение: А — автоматные стали, например А20 (0,15—0,25% С); Р — быстрорежущие стали, например, Р18 (17,5— 19,0% W); Ш—шарикоподшипниковые стали, например, ШХ15 (1,30—1,65% Сг); Э—электротехнические стали, например, Э11 (0,8—1,8% Si).

Нестандартные стали часто маркируют условно. Например, ста­ли, выплавленные на заводе «Электросталь», обозначают буквой Э, рядом ставят букву И — исследовательская или П — пробная. После буквы ставят порядковый номер, например, ЭИ69, ЭИ868, ЭП48, ЭП590. Стали, выплавленные на Златоустовском металлурги­ческом заводе, обозначают ЗИ, на заводе «Днепроспецсталь»— ДИ и т. д.

33. Конструкционные строительные стали.

Для сварных и клепаных конструкций в строительстве, мосто­строении, судостроении применяют углеродистые стали обыкновен­ного качества (при незначительных напряжениях в конструкциях) и низколегированные стали с невысоким содержанием углерода (при более высоких напряжениях). К ним предъявляют требования достаточно высоких прочности и ударной вязкости, как при обыч­ной, так и при пониженной температурах, хорошей свариваемости. Эти стали поставляют в виде горячекатаного сортового, фасонного и листового проката.

Углеродистые стали обыкновенного качества. В зависимости от назначения и гарантируемых характеристик качества металла сталь делят на три группы: А — поставляемую по механическим свойствам, Б — поставляемую по химическому составу и В — по­ставляемую по механическим свойствам и химическому составу.

Сталь группы А .Для этих сталей этой группы гарантируются механические свойства стали в состоянии поставки.. Химический состав для этой группы стали не регламентируется. Это связано с тем, что детали, изготовленные из стали группы А, термической обработке не подвергают. Поэтому важно знать не хи­мический состав, а механические свойства стали, которые сохраня­ются в изготовленных из нее деталях.

Сталь группы Б. Для этой группы сталей гарантируемой характеристикой качества является химический состав. Так как известен химический состав, детали из стали группы Б можно подвергать термической обработке.

Сталь группы В. Механические свойства стали этой группы должны соответствовать нормам для стали аналогичных марок группы А (см. табл. 4), а химический, состав — нормам для стали аналогичных марок группы Б (см. табл. 5). Например, меха­нические свойства стали ВСтЗсп такие же, как у стали СтЗсп, а хи­мический состав, как у стали БСтЗсп.

34. Углеродистые качественные стали.

Углеродистые стали. Это стали марок У9 (0,9% С), У10 (1,0% С), У11 (1,1% С), У12 (1,2% С).

Для получения высокой твердости (HRC 60—64) эти стали закаливают в воде с 770—810°С, но, не­смотря на быстрое охлаждение, инструмент прокаливается на не­большую глубину — диаметром до 10—12 мм. Высокая твердость закаленной стали сохраняется при нагреве (отпуске) до 200° С. При более высоких температурах нагрева (выше 200° С) твердость значительно понижается.

Поэтому инструмент, изготовленный из углеродистых инстру­ментальных сталей, должен работать в таких условиях, чтобы в про­цессе работы режущая кромка не нагревалась до температуры выше 200° С.

Сталь У9 применяют для ножовочных полотен и деревообраба­тывающего инструмента (сверла, фрезы, ножи и др.). Стали У10, У11, У12 — для различного металлорежущего инструмента (свер­ла, метчики, развертки, фрезы, плашки и др.), напильников. Сталь У13 — для бритвенных ножей, лезвий острого хирургического инструмента, напильников.

35. Легированные стали.

36. Углеродистые инструментальные стали.

Инструментальные стали применяют для изготовления трех ос­новных групп инструмента: режущего, измерительного и штампов. В связи с условиями работы инструмента к инструментальным ста­лям предъявляют определенные требования.

Сталь для режущего инструмента (резцы, сверла, метчики, фрезы, протяжки и др.) должна обладать высокой твердостью, превышающей твердость обрабатываемого материала; износостойкостью; теплостойкостью, т. е. способностью стали со­хранять при нагреве рабочей кромки, возникающем при эксплуата­ции, структуру и свойства, необходимые для резания.

Измерительный инструмент (гладкие и резьбовые калибры и др.) служит для проверки размеров изготовляемых деталей.

Сталь для измерительного инструмента должна быть твердой и длительное время сохранять размеры и форму инструмента.

Штампы служат для деформирования металла в холодном и го­рячем состояниях.

Сталь для штампов холодного деформиро­вания (вытяжные, гибочные, высадочные штампы, дыропробив­ные пуансоны, ролики для накатывания резьбы и др.) должна иметь высокую твердость, износостойкость и достаточную вязкость.

Сталь для штампов горячего деформирования (ковочные, прошивные, обрезные штампы и др.) должна иметь высокие механические свойства, которые должны сохра­няться и при повышенных температурах, глубоко прокаливаться и обладать стойкостью против разгара.

Разгаростойкость характеризует устойчивость стали против образования поверхностных трещин при многократном нагреве и охлаждении.) В связи с различными условиями работы инструментальные стали по назначению делят на следующие группы: стали для режу­щих инструментов; стали для измерительных инструментов; штамповые стали.

В особую группу инструментальных материалов входят так называемые твердые сплавы, применяемые для инструмента, рабо­тающего при особо высоких скоростях резания.

Стали для режущих инструментов. Режущий инструмент изготовляют из углеродистых, легирован­ных и быстрорежущих сталей.

Углеродистые стали. Это стали марок У9 (0,9% С), У10 (1,0% С), У11 (1,1% С), У12 (1,2% С).

Для получения высокой твердости (HRC 60—64) эти стали закаливают в воде с 770—810°С, но, не­смотря на быстрое охлаждение, инструмент прокаливается на не­большую глубину — диаметром до 10—12 мм. Высокая твердость закаленной стали сохраняется при нагреве (отпуске) до 200° С. При более высоких температурах нагрева (выше 200° С) твердость значительно понижается.

Поэтому инструмент, изготовленный из углеродистых инстру­ментальных сталей, должен работать в таких условиях, чтобы в про­цессе работы режущая кромка не нагревалась до температуры выше 200° С.

Сталь У9 применяют для ножовочных полотен и деревообраба­тывающего инструмента (сверла, фрезы, ножи и др.). Стали У10, У11, У12 — для различного металлорежущего инструмента (свер­ла, метчики, развертки, фрезы, плашки и др.), напильников. Сталь У13 — для бритвенных ножей, лезвий острого хирургического инструмента, напильников.

37. Специальные стали (пружинные, шарикоподшипниковые, автоматные и др.).

Пружинно-рессорные стали.

Это стали 70, 65Г, 60С2, 50ХГ, 50ХФА, 65С2ВА, 60С2А, 70С2ХА. Пружинно-рессорные стали должны иметь особые свойства в свя­зи с условиями работы пружин (цилиндрических, плоских) и рес­сор. Пружины и рессоры служат для смягчения толчков и ударов, действующих на конструкции в процессе работы, и поэтому основ­ным требованием, предъявляемым к пружинно-рессорным сталям, являются высокий предел упругости и выносливости. Этим условиям удовлетворяют углеродистые стали и стали, легированные такими элементами, которые повышают предел упругости. Такими элемен­тами являются Si, Mn, Cr, V, W.

Специфическим в термической обработке рессорных листов и пружин является применение после закалки отпуска при темпера­туре 400—500° С (в зависимости от стали). Это необходимо для полу­чения наиболее высокого предела упругости, величина которого при более низкой или более высокой температуре отпуска получа­ется недостаточной.

Отпуск при температуре 400—500° С дает отношение предела упругости к пределу прочности приблизительно равное 0,8.

Шарикоподшипниковые стали. Основной шарикоподшипниковой сталью является сталь 11X15 (0,95—1,05% С; 1,30—1,65% Cr). Заэвтектоидное содержание в ней углерода и хром обеспечивают получение после закалки высокой равномерной твердости, устойчивости против истирания, необходимой прокаливаемости и достаточной вязкости.

На качество стали и срок службы подшипника вредно влияют карбидные ликвация, полосчатость и сетка. На физическую однородность стали вредно влияют неметаллические (сульфидные и оксидные) и газовые включения, макро- и микропористость.

Термическая обработка подшипниковой стали включает опера­ции отжига, закалки и отпуска. Цель отжига — снизить твердость и получить структуру мелкозернистого перлита. Температура за­калки 830—860° С, охлаждение в масле. Отпуск 150—160° С. Твер­дость после закалки и отпуска HRC 62—65; структура — бесструк­турный (скрытокристаллический) мартенсит с равномерно распре­деленными мелкими избыточными карбидами.

Для изготовления деталей крупногабаритных подшипников (ди­аметром более 400 мм), работающих в тяжелых условиях при боль­ших ударных нагрузках, применяют цементуемую сталь 20Х2Н4А. Детали крупногабаритных подшипников (кольца, ролики), изго­товляемые из стали 20Х2Н4А, подвергают цементации при темпера­туре 930—950° С в течение 50—170 ч с получением слоя глубиной 3—10 мм.

Автоматные стали. Автоматные стали отличаются от обыкновенных углеродистых конструкционных сталей повышенным содержанием серы и фосфора. Это стали А12, А20, А30, А40Г.

Характерной особенностью автоматных сталей является хоро­шая обрабатываемость резанием на металлорежущих станках. Это объясняется повышенным содержанием серы, которая образует большое количество включений сернистого марганца MnS, нарушаю­щих сплошность металла, а также тем, что фосфор, растворяясь в феррите, сильно снижает его вязкость. При механической обра­ботке автоматных сталей образуется короткая, ломкая стружка, что особенно важно при работе на быстроходных станках-автоматах. Поверхность обработанных деталей получается чистой и ровной. Стойкость режущего инструмента при обработке автоматных ста­лей повышается, а скорость резания допускается больше, чем при обработке обыкновенных углеродистых сталей.

Недостаток автоматных сталей — пониженная пластичность, особенно в поперечном направлении. Это связано с тем, что боль­шое количество сернистых включений образует полосчатую струк­туру. Поэтому автоматные стали применяют для изготовления малоответственных деталей, от которых не требуется высоких механи­ческих свойств (крепежные детали, пальцы, втулки и т.д..).

Обрабатываемость улучшают также присадкой к стали неболь­шого количества свинца.

Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы. К жаростойким (окалиностойким) относят стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхно­сти в газовых средах при температурах выше 550° С и работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

При высокой температуре в условиях эксплуатации в среде на­гретого воздуха, в продуктах сгорания топлива происходит окисле­ние стали (газовая коррозия). На поверхности стали образуется сначала тонкая пленка окислов, которая с течением времени увели­чивается и образуется окалина.

Способность стали сопротивляться окислению при высокой тем­пературе называется жаростойкостью (окалиностойкостью), которая характеризуется температурой начала интенсив­ного окалинообразования в воздушной среде. Для получения плотной (защитной) окисной пленки сталь ле­гируют хромом, а также кремнием или алюминием. Степень жаро­стойкости зависит от количества находящегося в стали легирующего элемента.