Реферат: Повышение качества стали
На свойства стали влияет углерод, входящий в состав стали. С увеличением содержания углерода до 1.2% твердость и прочность сталей повышается, но снижается пластичность и ударная вязкость; при этом ухудшаются такие технологические свойства сталей, как ковкость, свариваемость, обработка резанием и др., одновременно улучшаются литейные свойства сталей.
Виды термической и химико-термической обработки и ее влияние на структуру и свойства стали
Термической обработкой деталей из металлов и сплавов называется тепловое воздействие с целью придания им необходимых свойств. Тепловое воздействие может сочетаться одновременно с химическим воздействием. Такие процессы относятся к химико-термическим.
Различают следующие виды термической обработки: отжиг, закалку, отпуск, старение.
Отжиг бывает 1-го и 2-го рода. Сущность отжига 1-го рода заключается в нагреве заготовок выше температуры фазового превращения с последующим медленным охлаждением. Различают следующие разновидности отжига 1-го рода:
гомогенизационный, применяемый для выравнивания структуры, особенно крупных стальных отливок, поковок;
реклисталлизационный, устраняющий изменения структуры, возникающие, в частности, в процессе обработки металлов давлением, при котором они получают наклеп, сопровождаемый заметным повышением твердости и снижением пластичности;
отжиг, снимающий или уменьшающий остаточные внутренние напряжения, возникающие при различных технологических операциях.
С помощью отжига 2-го рода, или полного отжига, изменяют структуру сплава и устраняют внутренние напряжения. Заготовки нагревают до температуры, пресыщающей на 30-50 градусов С температуру фазового превращения, и медленно охлаждают вместе с печью. Такой процесс термообработки проводят после штамповки, отливки заготовок, а также после черновой механической обработки с целью понижения твердости.
Разновидностью отжига 2-го рода является нормализация, при которой заготовки охлаждают на воздухе. В отдельных случаях нормализация улучшает обрабатываемость материалов резанием, вызывая некоторое повышение механической прочности.
Закалка- это процесс, осуществляемый для повышения твердости и прочности материала. При закалке заготовки нагревают выше температуры превращения и быстро охлаждают в воде, минеральном масле, растворах солей или в расплавленных солях (270-290 градусов С ). Тип охлаждающей среды определяет скорость охлаждения, которая влияет на получение той или иной структуры.
Большинство конструкционных сталей нагревают при закалке до температуры 850-900 градусов С, а охлаждают в воде, масле или соляных растворах. Охлаждение в расплавленных солях применяют для высоколегированных сталей, например инструментальных, быстрорежущих сталей, содержащих большое количество легирующих элементов.
В зависимости от температуры нагрева различают закалку полную и неполную. При полной закалке углеродистых сталей в холодной воде получают структуру мартенсита , имеющий весьма высокую твердость и большую хрупкость. Если охлаждение стали вести менее интенсивно, то можно получить менее твердые и напряженные структуры троосита. Для уменьшения хрупкости и внутренних напряжений, стали подвергают отпуску.
Отпуск- нагрев закаленных заготовок до температуры, лежащих ниже температуры фазового превращения, и охлаждения их на воздухе. Повышая температуру отпуска, можно повысить пластичность и вязкость материала при одновременном понижении твердости и прочности. Отпуск при высоких температурах нагрева называют улучшением.
Различают низкий, средний и высокий отпуск. Низкий отпуск, т. е. нагрев стали до небольшой температуры (150-200 градусов С), ведет к понижению остаточных внутренних напряжений при сохранении ее высокой твердости и износостойкости. Средний отпуск, сохраняя повышенную твердость, обеспечивает достаточную прочность, упругость и выносливость. Ее часто применяют при изготовлении пружин и рессор.
При высоком отпуске получают достаточно высокий предел упругости при достаточной ударной вязкости и твердости. В результате высокого отпуска получают структуру, которая необходима для деталей машин, подвергающихся действию высоких напряжений и ударным переменным нагрузкам ( для шатунов, болтов и др.).
При всех процессах получения заготовок деталей их материал приходит в напряженное состояние, характеризуемое определенным уровнем внутренних напряжений. Поэтому перед началом механической обработки или перед окончательными операциями технологического процесса механической обработки часто проводят старение, которое ускоряет релаксацию внутренних напряжений.
Различают естественное старение- длительное выдерживание деталей на складах при воздействии на них непрерывно изменяющихся атмосферных факторов, а также искусственное старение с нагревом заготовок в печах до температуры 100-150 градусов С и охлаждением вместе с печью.
Для ряда изделий из закаленных легированных сталей назначают термическую обработку при отрицательных температурах. В этом случае материал получает стабильную структуру и размеры и одновременно некоторое повышение твердости, износостойкости.
В качестве охлаждающей среды используется углекислота. Обработка холодом выполняется непосредственно после закалки, перед отпуском.
Химико-термическая обработка.
Химико-термическая обработка- тепловая обработка металлов в различных химически активных средах с целью изменения химического состава и структуры поверхностного слоя металла, повышающих его свойства.
В зависимости от элемента, насыщающего поверхность заготовки, различают следующие виды обработки: цементацию, азотирование, цианирование, диффузионную металлизацию.
Цементацией называется процесс насыщения углеродом поверхностного слоя заготовок из низкоуглеродистой ( до 0.3% С) стали для создания в них после термической обработки твердой поверхности при достаточной вязкости сердцевины. Различают цементацию в твердом карбюризаторе ( древесном угле с добавками различных углекислых солей), жидкую и газовую.
Поверхности заготовок, не подлежащие цементации, защищают омеднением, т. е. нанесением тонкого слоя меди и другими способами.
Азотирование- процесс диффузионного насыщения азотом поверхностного слоя заготовок, изготовленных из легированных сталей. Такие легирующие элементы, как алюминий, хром, молибден и др., при азотировании образуют с азотом твердые и стойкие химические соединения- нитриды.
Азотирование протекает при более низкой температуре, нежели цементация, что является его преимуществом. Азотированная поверхность имеет более высокую твердость, износостойкость и коррозионную стойкость, которые сохраняются неизменными при повторных нагревах вплоть до 500-600 градусов С.
Цианирование заключается в одновременном насыщении поверхностей заготовок азотом и углеродом. Процесс цианирования может выполняться в жидкой и газовой среде. В зависимости от температуры цианирование подразделяется на низкотемпературное (530-650) и высокотемпературное (800-930). При цианировании используются ядовитые вещества.
Жидкостное цианирование осуществляется в ваннах, содержащих цианистые и нейтральные соли. При температуре, равной примерно 900 градусам С, поверхности незначительно насыщаются азотом и цианирование практически превращается в процесс цементации. Низкотемпературное цианирование незначительно отличается от азотирования. После цианирования детали подвергаются термической обработке.
Газовое цианирование, или нитроцементация, выполняется в газовй среде, состоящей из цементирующего и нитрирующего газов. При высокотемпературной нитроцементации глубина цианированного слоя может достичь 1.8 мм при длительности процесса 6-7 ч.
Диффузионная металлизация- это процесс насыщения поверхностного слоя заготовок различными химическими элементами при совместном их нагревании и выдержке. В зависимости от используемого элемента процессы металлизации получили названия: алитирование, хромирование и т. д.
Диффузионная металлизация может выполняться в твердых, жидких и газообразных средах. Этот процесс обеспечивает повышение твердости, коррозионной стойкости, жаростойкости и износостойкости поверхностей деталей.
Основным недостатком диффузионной металлизации является малая глубина металлизированного слоя (0.2-0.4 мм) при относительно большой длительности процесса.
2. Защита металлов от коррозии.
Основные виды коррозии.
Коррозией металлов называется их разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой.
По механизму протекания процесса различают два типа коррозии металлов: химическую и электрохимическую.
Химическая коррозия- это коррозийный процесс, протекающий в средах, не проводящий электрический ток. Химическая коррозия имеет место, например при высокотемпературном нагреве стали для горячей обработки давлением или термической обработки. При этом на поверхности металла образуются различные химические соединения- оксиды, сульфиды и другие- в виде пленки.
В отдельных случаях образовавшиеся при химической коррозии пленки, особенно сплошные, предохраняют металл от дальнейшей коррозии. Например, алюминий, олово, свинец, никель и хром способны к образованию на поверхности металлов плотных защитных пленок. пленки же на поверхности стальных и чугунных изделий непрочны, способны к растрескиванию и проникновению коррозии в глубь металла.
