56. Поверхностное упрочнение стальных деталей

Конструкционная прочность часто зависит от состояния материала в поверхностных слоях детали. Одним из способов поверхностного упрочнения стальных деталей является поверхностная закалка.

В результате поверхностной закалки увеличивается твердость поверхностных слоев изделия с одновременным повышением сопротивления истиранию и предела выносливости.

Общим для всех видов поверхностной закалки является нагрев поверхностного слоя детали до температуры закалки с последующим быстрым охлаждением. Эти способы различаются методами нагрева деталей. Толщина закаленного слоя при поверхностной закалке определяется глубиной нагрева.

Наибольшее распространение имеют электротермическая закалка с нагревом изделий токами высокой частоты (ТВЧ) и газопламенная закалка с нагревом газово-кислородным или кислородно-керосиновым пламенем.

58. Магний - самый легкий из технических цветных металлов, его плотность 1740 кг/м³, температура плавления 650°С. Тех­нически чистый магний - непрочный металл с низкой тепло- и электро­проводностью. Для улучшения прочностных свойств в магний добавля­ют алюминий, кремний, марганец, тори и, церий, цинк, цирконий и под­вергают термообработке.

Для производства магния используют преимущественно карналлит, магнезит, доломит и отходы ряда производств, например титанового. Карналлит подвергают обога­щению, в процессе которого отделяют КС1 и нерастворимые примеси путем перевода в водный MgC12 и КС1. После получения в вакуумкристаллизаторах искусственного карналлита его обезвоживают и электролитическим путем получают из него магний, который затем подвергают рафинированию. Технически чистый магний (первичный) содержит 99,8-99,9% магния. Маркировка и химический состав магниевых спла­вов для фасонного литья и, слитков, предназначенных для обработки давлением, регламентируются стандартами.

Свойства и применение магния. В зависимости от способа получения изделий магниевые сплавы делят на литейные и деформируемые.

Литейные магниевые сплавы применяют для изготовления деталей ли­тьем. Их маркируют буквами МЛ и цифрами, обозначающими поряд­ковый номер сплава, например МЛ5. Отливки из магниевых сплавов иногда подвергают закалке с последующим старением. Некоторые сплавы МЛ применяют для изготовления высоконагруженных деталей в авиационной промышленности: картеры, корпуса приборов, фермы шасси и т.п.

Деформируемые магниевые сплавы предназначены для изготовления полуфабрикатов (листов, прутков, профилей) обработкой давлением. Их маркируют буквами МА и цифрами, обозначающими порядковый номер сплава, например МА5. Сплавы МА применяют для изготовления различных деталей в авиационной промышленности. Ввиду низкой кор­розионной стойкости магниевых сплавов изделия и детали из них под­вергают оксидированию с последующим нанесением лакокрасочных покрытий

57. Специальные конструкционные стали

Специальные стали — это высоколегированные (свыше 10%) стали, обладающие особыми свойствами - коррозионной стойкостью, жаро­стойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др.

Коррозионностойкие стали. Коррозионностойкой (или нержавеющей) называют сталь, обладающую высокой химической стойкостью в агрес­сивных средах. Коррозионностойкие стали получают легированием низ­ко- и среднеуглеродистых сталей хромом, никелем, титаном, алюмини­ем, марганцем. Антикоррозионные свойства сталям придают введением в них большого количества хрома или хрома и никеля. Наибольшее распространение получили хромистые и хромоникелевые стали.

Хромистые стали более дешевые, однако хромоникелевые обладают большей коррозионной стойкостью. Содержание хрома в нержавеющей стали должно быть не менее 12%. При меньшем количестве хрома сталь не способна сопротивляться коррозии, так как ее электро­химический потенциал становится отрицательным.

Более коррозионностойка (в кислотных средах) сталь 12Х17. Для из­готовления сварных конструкций эта сталь не рекомендуется в связи с тем, что при нагреве ее выше 900—950"С и быстром охлаждении (при свар­ке) происходит обеднение периферийной зоны зерен хромом (ниже 12%). Это объясняется выделением карбидов хрома по границам зерен, что приводит к межкристаллитной коррозии.

Хромоникелевые нержавеющие стали аустенитного класса имеют большую коррозийную стойкость, чем хромистые стали, их широко при­меняют в химической, нефтяной и пищевой промышленности, в авто­мобилестроении, транспортном машиностроении, в строительстве.

Для экономии дорогостоящего никеля его частично заменяют марган­цем.

Жаростойкие стали. При высоких температурах металлы и сплавы всту­пают во взаимодействие с окружающей газовой средой, что вызывает газовую коррозию (окисление) и разрушение материала. Для изготовле­ния конструкций и деталей, работающих в условиях повышенной тем­пературы (400-900°С) и окисления в газовой среде, применяют специ­альные жаростойкие стали. Под жаростойкостью (или окалиностойкостью) принято понимать способность материала противостоять кор­розионному разрушению под действием воздуха или других газовых сред при высоких температурах.

К жаростойким относят стали, содержа­щие алюминий, хром, кремний. Такие стали не образуют окалины при высоких температурах. Например, хромистая сталь, содержащая 30% Сг, ус­тойчива до 1200°С. Введение небольших добавок алюминия резко повышает жаро­стойкость хромистых сталей (рис. 24). Стой­кость таких материалов при высоких тем­пературах объясняется образованием на их поверхности плотных защитных пленок, состоящих в основном из оксидов легиру­ющих элементов (хрома, алюминия, крем­ния). Область применения жаростойких сталей — изготовление различных деталей нагревательных устройств и энергетических установок.

Жаропрочные стали. Некоторые детали машин (двигателей внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, металлургичес­кого оборудования и т.п.) длительное время работают при больших нагрузках и высоких температурах (500— 1000°С). Для изготовле­ния таких деталей применяют специальные жаропрочные стали.

Под жаропрочностью принято понимать способность материала выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций при высоких температурах. К числу жаропрочных отно­сят стали, содержащие хром, кремний, мо­либден, никель и др. Они сохраняют свои прочностные свойства при нагреве до 650°С и более. Из таких сталей изготавливают эле­менты теплообменной аппаратуры, детали котлов, впускные и выпускные клапаны автомобильных и тракторных двигателей. В зависимости от назначения различают клапанные, котлотурбинные, газотурбинные стали, а также сплавы с высокой жаропрочностью.

Износостойкие стали. Для изготовления деталей машин, работающих в условиях трения, применяют специальные износостойкие стали - шарикоподшипниковые, графитизированные и высокомарганцовистые.

Шарикоподшипниковые стали (ШХ6, ШХ9, ШХ15) применяют для из­готовления шариков и роликов подшипников. По химическому составу и структуре эти стали относятся к классу инструментальных сталей.

59. Алюминий - легкий металл серебристо-белого цвета с высокой элект­ро- и теплопроводностью; плотность его 2700кг/м^3, температура плавле­ния в зависимости от чистоты колеблется в пределах 660—667°С. В ото­жженном состоянии алюминий имеет малую прочность (σв=80—100 МПа), низкую твердость (НВ 20-40), но обладает высокой пластич­ностью (β=35-40%).

Алюминий хорошо обрабатывается давлением, сваривается, но плохо поддается резанию. Имеет высокую стойкость против атмосферной кор­розии и в пресной воде. На воздухе алюминий быстро окисляется, по­крываясь тонкой плотной пленкой окиси, которая не пропускает кисло­род в толщу металла, что и обеспечивает его защиту от коррозии.

В качестве конструкционных материалов алюминий широко приме­няют в виде сплавов с другими металлами и неметаллами (медь, марга­нец, магний, кремний, железо, никель, титан, бериллий и др.). Алюми­ниевые сплавы сочетают в себе лучшие свойства чистого алюминия и . повышенные прочностные характеристики легирующих добавок. Так, железо, никель, титан повышают жаропрочность алюминиевых сплавов. Медь, марганец, магний обеспечивают упрочняющую термообработку алюминиевых сплавов. В результате легирования и термической обра­ботки удается в несколько раз повысить прочность (σВ с 100 до 500 МПа) и твердость (НВ с 20 до 150) алюминия. Все сплавы алюминия подразде­ляют на деформируемые и литейные.

Деформируемые алюминиевые сплавы. Деформируемые алюминиевые сплавы применяют для получения листов, ленты, фасонных профилей, проволоки и различных деталей штамповкой, прессованием, ковкой.