19(1). Структурные превращения при охлаждении металлов и сплавов в твердом состоянии. Представления о термической обработке металлов и сплавов.

В непрерывноотливаемом слитке можно выделить два участка активного охлаждения — кристаллизатор и зону вторич­ного охлаждения. Заливаемый в кристаллизатор металл при кон­такте с его медными водоохлаждаемыми стенками переохлаждается и затвердевает, образуя корку слитка требуемой конфигурации.

Вследствие возможной деформации непрочной корки и стенок кристаллизатора могут появляться участки плотного и неплотного контакта, в кото­рых из-за различия в теплоотводе температура и толщина затверде­вающей корки будут различаться. Эта неоднородность способствует возникновению дефектов: продольных наружных трещин, паукообразных или сетчатых поверхностных трещин.

Выбор способа охлаждения в зоне вторичного охлаждения бази­ровался на опыте, который показал, что при слиш­ком интенсивной подаче охладителя (например, подаче воды струями) из-за переохлаждения по поверхности слитка и возникающих при этом тер­мических напряжений в слитке образуются внут­ренние и сетчатые поверхностные трещины. Поэтому применяют распыленную воду («мягкое охлажде­ние»).

Среди новых технологических процессов упрочняющей обра­ботки стали широкое распространение получила термомехани­ческая обработка (ТМО), позволяющая существенно повысить уровень прочностных свойств.

Применительно к сортовому прокату особое место среди техно­логических схем ТМО занимает высокотемпературная термо­механическая обработка (ВТМО), состоящая в сочетании горячей пластической деформации металла при прокатке с интенсивным охлаждением его на выходе из чистовой клети стана и последу­ющего отпуска.

Наука о структурных и фазовых превращениях в Ме и сплавах называется термической обработкой. Изучением структур металлов занимаются в разделах металловедения и металлографии.

Закалка - способ термообработки, при котором охлаждают сталь с заданной (900-1100) температуры до комнатной в воде или масле (скорость охлаждения относительно высокая).

Нормализация предусматривает охлаждение нагретого металла на воздухе (отпуск, как правило, связан с медленным охлаждением стали или с выдержкой при относительно невысокой температуре в печи).

20(1). Общие сведения о железе, чугунах, сталях и сплавах

Железо является распространенным элементом в природе. Так, по содержанию в земной коре оно занимает четвертое место (4,2%) после кислорода, кремния и алюминия. Железо как составная часть входит почти во все горные породы, однако многие из них нельзя считать рудами.

Железо обладает сравнительно большим сродством к кислороду и в силу этого в земной коре не обнаруживается в чистом виде, а находится главным образом в соединениях с кислородом и двуокисью углерода.

В соответствии с диаграммой состояния "железо-углерод" выделяют высокочистое железо с содержанием углерода до 0,006%.

Чугун и сталь являются черными металлами. Чугун – это сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода находится в пределах от 2,14 до 6,67% (по диаграмме состава «железо-углерод»). Концентрация 6,67% отвечает соединению Fe₃C (карбид железа). В обычных чугунах содержание углерода находится на уровне от 4 до 4,3%. Чугун с указанным содержанием углерода имеет самую низкую температуру плавления.

Помимо углерода в чугунах содержатся марганец, кремний, фосфор, сера и другие примеси (хром, титан, никель, ванадий). Наличие примесей обусловлено качеством рудного сырья и кокса, которые используются при доменной плавке в качестве восстановителя.

Содержание серы в чугуне зависит от ее содержания в коксе. Содержание примесей в чугуне в значительной степени определяется технологическими параметрами доменной плавки.

Виды чугуна: передельный – предназначен для последующего передела в сталь; литейный – для изготовления промышленного и художественного литья; передельно-литейный – для того и другого. Чаще всего предназначается для передела в сталь и частично для литья. Этот чугун является полупродуктом для указанных производств.

По характеру излома чугуны бывают серыми и белыми. Указанный характер обусловлен различными формами углерода в чугуне. В сером чугуне углерод находится в виде свободного графита, а в белом – в виде цементита. Наличие той или иной формы углерода обусловлено содержание кремния и других легирующих элементов (марганца, титана, магния).

Легирующие элементы – элементы, способствующие получению заданных свойств чугуна и стали.

Чугун является хрупким материалом, однако, по мере приближения углерода к глобулярной форме повышается пластичность чугуна.

Сталь – сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода не превышает 2,14% по диаграмме состояния «железо-углерод».

В реальной стали содержание углерода достигает 1,8%, а чаще всего – 1,6%. Сталь – ковкий материал, пластичные свойства которого меняются в зависимости от температуры деформации. Низкоуглеродистые стали деформируются при более низких температурах, чем углеродистые и высокоуглеродистые стали.

В настоящее время существует более 2000 марок стали.

Классификацию производят по отдельными или общим признакам:

1. По назначению, применению (конструкционная, подшипниковая, инструментальная, трансформаторная, трубная и т.д.);

2. По способу производства (бессемеровская, томассовская, конверторная, электросталь, мартеновская);

3. По физическим свойствам (прочная/пластичная, коррозионостойкая, высокопрочная сталь).

По содержанию углерода стали делят на: низкоуглеродистые (менее 0,02% углерода); малоуглеродистые (до 0,06% углерода); углеродистые (до 0,5% углерода); среднеуглеродистые (от 0,6 до 0,8% углерода); высокоуглеродистые (более 0,8% углерода, менее 1,6% углерода).

Сталь является основным конструкционным материалом. Общие объемы производства стали приближаются к 1 млрд. тонн в год.

Ферросплавы — это сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом и другими элементами, применяемые при про­изводстве стали для улучшения ее свойств и легирования. Вводить в сталь нужный элемент не в виде чистого металла, а в виде его сплава с железом удобнее вследствие более низкой температуры его плавления и выгоднее, так как стоимость ведущего элемента в сплаве с железом ниже по сравнению со стоимостью технически чистого металла. Исходным сырьем для получения ферросплавов служат руды или концентраты.