4.Железо и его сплавы

1. -сплав называется сталью если в нем менее 2% углерода.

2. -примеси это химические элементы которые не вводят в сплав специально.

-вредные примеси:сера, фосфор, газы.

3. -конструкционные, для изготовления строительных и машиностроительных изделий.

-инструментальные, изготавливают режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты.

-с особыми физ. свойствами.

-с особыми хим. свойствами.

4. -с ростом содержания углерода увеличивается твердость и прочность, и уменьшается пластичность стали.

5. -может образовать сетку в виде грубых выделений по границам исходных аустенитных зерен.

6. -сплавы имеющие более 2% углерода.

7. -серый чугун содержит углерод в связанном состоянии только частично (не более 0,5%)

-ковкий чугун получают после длительного отжига белого чугуна при высоких температурах.

-высокопрочные чугуны значительно превосходят обычные серые по прочности и обладают некоторыми пластическими св-ми.

8. -Графит повышает износостойкость и антифрикционные свойства чугуна вследствие собственного смазочного действия и повышения прочности пленки смазочного материала. Чугуны с графитом, как мягкой и хрупкой составляющей, хорошо обрабатываются резанием (с образованием ломкой стружки) и обеспечивают более чистую поверхность, чем стали (кроме автоматных сталей).

5.Термическая обработка стали

1. Термическая обработка металлов - процесс обработки изделий из металлов и сплавов путём теплового воздействия с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении. Это воздействие может сочетаться также с химическим, деформационным, магнитным и др.

2. Предварительную термообработку применяют для подготовки структуры и свойств материала к последующим технологическим операциям (для обработки давлением, улучшения обрабатываемости резанием). При окончательной термообработке формируются свойства готового изделия.

3. 1. Полный отжиг состоит в нагреве сталей, содержащих углерода до 0,8%, до температуры выше линии SG на 30...50°С, что отражено на диаграмме состояния железо - углерод, т. е. Ас3 + (30...50°С), а сталей с содержанием углерода больше 0,8% до температуры вьше линии SIC на 30...50°С, т.е. Act + (30...50°CJ, выдержка при этой температуре до полного прогрева поковки и последующем медленном охлаждении вместе с горном или печью. Поковки из углеродистых сталей охлаждают со скоростью 50...150 градус/ч, а из легированных сталей - 20...60 градус/ч. В результате в металле снимаются внутренние напряжения, он становится более мягким и пластичным, но менее твердым.

2. Низкий отжиг состоит в нагреве поковок до температуры, немного превышающей критическую 723 °С (примерно до 740...780 °С), с периодическим изменением температуры ниже и выше точки S и медленном охлаждении до 670 °С, после чего охлаждение можно ускорить. Такой отжиг применяют для уменьшения твердости, увеличения пластичности и улучшения обрабатываемости поковок из инструментальных сталей.

3. Рекристаллизационный отжиг состоит в нагреве сталей до температуры 650...700 °С и охлаждении на воздухе. С помощью этого отжига снимают наклеп и исправляют структуру сталей, нарушенную во время ковки при низких температурах. 4. Нормализационный отжиг (нормализация) состоит в нагреве поковок до температуры 780... ...950 °С, непродолжительной выдержке при ней и последующем охлаждении на воздухе. Нормализацию, как правило, применяют для устранения крупнозернистой структуры, образовавшейся в результате вынужденного или случайного увеличения времени нахождения заготовок в печи для исправления структуры перегретой стали (перегрева), измельчения зерна, смягчения стали перед обработкой резанием и получения при резании более чистой поверхности, а также общего улучшения структуры перед закалкой. В результате нормализации сталь получается несколько тверже и менее пластичной, чем после низкого отжига. Нормализация по сравнению с отжигом более экономичная операция, так как не требуется охлаждения вместе с горном или печью.

4.

5. Хотя стали являются несгораемым строительным материалом, влияние температуры на них велико. Так, при отрицательных температурах прочность сталей несколько повышается, но зато уменьшается пластичность. При повышении температуры до 250°С механические свойства стали практически не изменяются. При температуре 300…350°С сталь становится хрупкой. При более высоких температурах хрупкость исчезает, но зато происходит резкое падение Значений о, и од, а при температуре 600…650°С наступает так называемая "Температурная пластичность" и предел текучести приближается к нулю. Таким образом, нагрев металлических конструкций во время пожаров крайне опасен выше сказанное требует принятия специальных мероприятий, защищающих вычески конструкции во время пожаров .

Надрезы бывают трех видов: полукруглые (Менаже), острые I . 2.7, б) и с трещиной . 2.7, в). Удар осуществляется на специальных маятниковых копрах, регистрирующих работу, затраченную на разрушение образца. Ударная вязкость обозначается ап> измеряется работой на разрушение.

При расчете стальных конструкций в соответствии с методом предельно I состояний используются не пределы текучести сталей от (нормативное сопротивление а расчетное сопротивление Ry, получаемое путем деления предела текучести на коэффициент надежности по материалу Расчетные сопротивления Ry используются при работе стали на растягивание, сжатие и изгиб. Бывают случаи, когда расчетное сопротивление определяется по временному сопротивлению. В СНиП П-23-81* расчетные сопротивления для различных сталей и проката приведены в табл. 51, для труб  в табл. 51 ,а (СНиП издания 1990 г.).

Значения коэффициентов надежности по материалу приведены в табл. 2 указанных СНиП и колеблются в зависимости от вида сталей от 1,025 до 1,10. Для новых высокопрочных сталей, не прошедших длительных испытаний в конструкциях, у следует принимать = 1,10.

6. Многие стали проходят упрочнение путём закалки — ускоренного охлаждения (на воздухе, в масле или в воде). Быстрое охлаждение приводит, как правило, к образованию неравновесной мартенситной структуры. Сталь непосредственно после закалки отличается высокой твёрдостью, остаточными напряжениями, низкойпластичностью и вязкостью. Так, сталь 40ХНМА (SAE 4340) сразу после закалки имеет твёрдость выше 50 HRC, в таком состоянии материал непригоден для дальнейшего использования из-за высокой склонности к хрупкому разрушению. Последующий отпуск — нагрев до 450 °C — 500 °C и выдержка при этой температуре приводят к уменьшению внутренних напряжений за счёт распада мартенсита закалки, уменьшения степени тетрагональности его кристаллической решётки (переход к отпущенному мартенситу). При этом твёрдость стали несколько уменьшается (до 45 — 48 HRC).

7. Предварительная термическая обработка углеродистых инструментальных сталей. Неполный отжиг (нагрев 690-710 °С) с непрерывным охлаждением и сфероидизацию рекомендуется проводить в шахтных или камерных печах (стали У7, У7А, У8, У8А). Продолжительность выдержки после прогрева всей садки до температуры отжига 3-4 ч.

Изотермический отжиг целесообразен для печей непрерывного действия (конвейерных, толкательных). Продолжительность выдержки после прогрева всей садки до температуры отжига 1-2 ч. Изотермическая выдержка при охлаждении 1-2 ч. Отжиг с полной перекристаллизацией (стали У7, У7А, У8, У8А) проводят при необходимости одновременного измельчения структуры. Сфероидизацию (маятниковый отжиг) применяют для получения структуры зернистого перлита.

Высокий отпуск (650-700 °С) следует использовать для снятия наклепа после холодной пластической деформации (так называемый рекристаллизационный отжиг), а также для снятия внутренних напряжений от обработки резанием, предшествующей закалке, перед повторной закалкой изделий, имеющих пониженную твердость после термообработки. Продолжительность выдержки при высоком отпуске 2-3 ч после прогрева всей садки.

Нормализацию применяют для измельчения зерна перегретой стали и для получения небольших параметров шероховатости поверхности при обработке, резанием в тех случаях, когда сталь в отожженном состоянии имеет твердость меньше НВ 1830 МПа. Продолжительность выдержки при нагреве в печах 20-30 мин после прогрева всей садки; при нагреве в соляных ваннах - равняется расчетной выдержке для нагрева под закалку. Режимы отжига, механические и физические свойства углеродистых инструментальных сталей приведены в таблицах ниже.

Нагрев под закалку углеродистых инструментальных сталей осуществляется как в воздушных печах, так и в соляных ваннах. Для соляных ванн выдержка 20-25 с, для воздушных печей 60-80 с на 1 мм толщины.

Условия охлаждения при закалке определяются сечением инструмента.

Поскольку быстрое охлаждение в воде или водном растворе солей и щелочей нежелательно, инструмент небольшого сечения охлаждают в масле или расплавленных солях при 160- 200 ^oС. Для уменьшения возможности образования трещин и деформаций при закалке в ряде случаев целесообразно проводить охлаждение сначала в воде с последующим переносом в масло.

8.

9. Цементация (C) увеличивает твердость поверхности мягкой стали из-за увеличения концентрации углерода в поверхностных слоях.Азотирования (N) как и цементация увеличивает поверхностную твердость и износостойкость стали.

10. Химико-термическая обработка сталей в дополнение к изменениям в структуре стали также приводит к изменению химического состава поверхностного слоя путем добавления различных химических веществ до определенной глубины поверхностного слоя. Эти процедуры требуют использования контролируемых систем нагрева и охлаждения в специальных средах. Среди наиболее распространенных целей, относящихся при использовании этих технологий является повышение твердости поверхности при высокой вязкости сердцевины, уменьшение сил трения, повышения износостойкости, повышения устойчивости к усталости и улучшения коррозионной стойкости.