33.Цементируемые стали. Структура и термообработка.

Цементация стали — поверхностное диффузионное насыщение малоуглеродистой стали углеродом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости.

Цементуемые стали используются для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок. Детали должны сочетать высокую поверхностную прочность и твердость и достаточную вязкость сердцевины. Цементации подвергаются низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25%, что позволяет получить вязкую сердцевину. Для деталей, работающих с большими нагрузками, применяются стали с повышенным содержанием углерода (до 0,35 %).

Цементуемые углеродистые стали 15,20,25 используются для изготовления деталей небольшого размера, работающих в условиях изнашивания при малых нагрузках (втулки, валики, оси, шпильки и др.). Твердость на поверхности составляет 60…64 HRC, сердцевина остается мягкой.

Цементуемые легированные стали применяют для более крупных и тяжелонагруженных деталей, в которых необходимо иметь, кроме высокой твердости поверхности, достаточно прочную сердцевину (кулачковые муфты, поршни, пальцы, втулки). По качеству цементуемые стали делятся на обыкновенные, качественные и высококачественные (легированные). Цементуемые стали цементуют и подвергают термической обработке (закалке и отпуску). Такая обработка обеспечивает высокую поверхностную твердость (HRC 58-63) и сохраняет требуемую вязкость и заданную прочность сердцевины металла. После цементации, закалки и низкого отпуска этих сталей цементованный слой должен миметь твердость HRC 58-62 а сердцевина – 30-42.

34.Конструкционные улучшаемые стали. Режимы термической обработки. Структура и свойства. Улучшаемыми называют такие стали, которые используются после закалки с высоким отпуском (улучшения). Эти стали (40Х, 40ХФА, 30ХГСА, 38ХН3МФА и др.) содержат 0,3-0,5 % углерода и 1-6 % легирующих элементов. Стали закаливают с 820-880 oС в масле (крупные детали – в воде); высокий отпуск производят при 500-650 oС с последующим охлаждением в воде, масле или на воздухе (в зависимости от состава стали). Структура стали после улучшения – сорбит. Данные стали применяют для изготовления валов, шатунов, штоков и других деталей, подверженных воздействию циклических или ударных нагрузок. В связи с этим улучшаемые стали должны обладать высоким пределом текучести, пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезу. Стали относятся к мартенситному классу, слабо разупрочняются при нагреве до 300-400 oС. Из них изготавливают валы и роторы турбин, тяжело нагруженные детали редукторов и компрессоров. Если конструкционную сталь легированы, то подразделяют: хромистые (30Х,38Х,40Х,50Х,чемм больше С, тем прочнее, но пластичность и вязкость ниже, склонны к отпускной хрупкости, поэтому после высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым), хромомарганцевые(40ХГ, достаточно высокая прочность и прокаливаемость, но пониженная взякость, склонность к отпускной хрупкости и росту зерен аустенита при нагреве), хромокремнемарганцевые (20ХГС,25ХГС,30ХГС, высокая прочность, хорошая свариваемость), хромоникелевые (40ХН,45ХН, высокая прокаливаемость, хорошая прочность и вязкость), хромоникельмолибденовые(40ХН2МА), хромоникельмолибденванадиевые стали (38ХН3МФ, 36Х2Н2МФА, высокая прокаливаемость, высокая прочность, пластичность, вязкость, низкий порог хладноломкости),

35.Рессорно-пружинные стали. Режимы термической обработки. Структура и свойства. Пружины, рессоры и другие упругие элементы работают в области упругой деформации материала. В то же время многие из них подвержены воздействию циклических нагрузок. Поэтому основные требования к пружинным сталям – это обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению, повышенной релаксационной стойкости. Стали должны обладать хорошей закаливаемостью и прокаливаемостью. После закалки мартенситная структура должна быть по всему объему. Присутствие после закалки продуктов эвтектоидного или промежуточного превращения, феррита, перлита, а также остаточного аустенита ухудшает все пружинные свойства, Чем мельче зерно, тем выше сопротивление малым пластическим деформациям. Стали для пружин и рессор содержат 0,5-0,75 % С; их также дополнительно легируют кремнием (1,5- 2,8 %), марганцем (0,6- 1,2 %), хромом (0,2- 1,2 %), ванадием, вольфрамом и никелем. При этом происходит измельчение зерна, способствующее возрастанию сопротивления стали малым пластическим деформациям, ее релаксационной стойкости. Для пружин малого сечения, закалеваемых в масле и испытывающих невысокие напряжения, применяют углеродистые стали 65,70,75,85. В случае больших сечений (диаметр 5-8 мм) закалку углеродистых сталей производят в воде. Широкое применение на транспорте нашли кремнистые стали 55С2, 60С2А, 70С3А. Лучшими технологическими свойствами, чем кремнистые стали, обладает сталь 50ХФА, широко используемая для изготовления автомобильных рессор. ТО легированных пружинных сталей (закалка 850-880 oС, отпуск 380-550 oС) обеспечивают получение высоких пределов прочности и текучести. Применяется также изотермическая закалка. Для изготовления пружин также используют холоднотянутую проволоку (или ленту) из высокоуглеродистых сталей 65, 65Г, 70, У8, У10 и др.

Пружины и другие элементы специального назначения изготавливают из высокохромистых мартенситных (30Х13), мартенситно-стареющих (03Х12Н10Д2Т), аустенитных нержавеющих (12Х18Н10Т).

36.Шарикоподшипниковые стали. Требования, предъявляемые к ним. ТО. предназначены для изготовления деталей подшипников качения (наружных и внутренних колец, шариков, роликов). Рабочие поверхности этих деталей работают в условиях знакопеременных нагрузок, испытывают высокие контактные напряжения. Эти стали должны обладать высокой твердостью (62…66 HRC), которая достигается при высоком содержании углерода — около 1 %. Шарикоподшипниковые стали закаливают от 820…850°С в масле и проводят низкий отпуск при 150… 170°С, структура после термической обработки — мартенсит отпуска. Содержание вредных примесей в сталях должно быть низким (S < 0,02%, Р < 0,027%), в противном случае резко снижается долговечность подшипников. Недопустима также карбидная неоднородность. Маркировка этих сталей несколько отличается от принятой для конструкционных: первая буква Ш в марке показывает, что сталь шарикоподшипниковая; вторая буква X и стоящие после нее цифры указывают на содержание хрома. При этом, несмотря на весьма малое содержание вредных примесей, буква А в конце марки не ставится. Остальные легирующие элементы обозначаются так же, как в конструкционных сталях. Наиболее широко используется сталь ШХ15, содержащая 1 % углерода и 1,5% хрома. Для деталей больших сечений (крупные подшипники) используют более легированную сталь — ШХ15СГ. Детали подшипников особо ответственного назначения изготавливаются из особовысококачественных сталей с минимальным содержанием вредных примесей — ШХ15-ШД и ШХ15СГ-ШД. Эти стали подвергают последовательно двойному переплаву: электрошлаковому (Ш) для удаления серы и вакуумно-дуговому (Д) для удаления газов.

37. Классификация инструментальных сталей. Назначение, требования, предъявляемые к ним. Инструментальными сталями называют углеродистые и легированные стали, обладающие высокой твердостью (HRC 60-65), прочностью и износостойкостью и применяемые для изготовления различного инструмента. Обычно это заэвтектоидные или ледебуритные стали, структура которых после закалки и низкого отпуска мартенсит – избыточные карбиды. Одна из главных характеристик – теплостойкость (Красностойкость), т.е. устойчивость против отпуска при нагреве инструмента в процессе работы. Так же важной характеристикой является прокаливаемость, по этому признаку их делят на углеродистые (небольшая прокаливаемость)и легированные (повыш. прокаливаемости). Для инструмента, требующего повышенной вязкости, например для штампов горячего деформирования, применяют доэвтектоидные стали, которые после закалки на мартенсит подвергают отпуску при более высокой температуре для получения структуры троостита и даже сорбита. По способу производства:

1) высококачественные характеризуются пониженным содержанием вредных примесей и неметаллических включений; к ним относятся легированные инструментальные, быстрорежущие, углеродистые стали У7А-У13А, используемые для изготовления инструментов с тонкой режущей кромкой. 2) качественные стали - это углеродистые стали У7-У13, применяемые для изготовления штамповых инструментов простой формы, низколегированные среднеуглеродистые конструкционные стали 40Х и 30ХГС, используемые для изготовления некоторых инструментов. Отличие: высококачественные должны, после обработки на высокую твердость, обладать лучшей вязкостью, чем качественные стали. Легированные инструментальные стали

В данную группу сталей входят стали, содержащие легирующие элементы в количестве 1-3%. Легированные инструментальные стали имеют повышенную (по сравнению с углеродистыми инструментальными сталями) теплостойкость - до +300°С. Наиболее широко используют стали 9ХС (сверла, фрезы, зенкеры), ХВГ (протяжки, развертки), ХВГС (фрезы, зенкеры, сверла больших диаметров).

Быстрорежущие стали

Быстрорежущие стали применяют для изготовления различного режущего инструмента, работающего на высоких скоростях резания, так как они обладают высокой теплостойкостью - до +650°С. Наибольшее распространение получили быстрорежущие стали марок Р9, Р18, Р6М5, Р9Ф5, РЮК5Ф5.

Стали для измерительных инструментов

Инструментальные стали для измерительных инструментов (плиток, калибров, шаблонов) помимо твердости и износостойкости должны сохранять постоянство размеров и хорошо шлифоваться. Обычно применяют стали У8...У12, X, 12X1, ХВГ, Х12Ф1. Измерительные скобы, шкалы, линейки и другие плоские и длинные инструменты изготовляют из листовых сталей 15, 15Х. Для получения рабочей поверхности с высокой твердостью и износостойкостью инструменты подвергают цементации и закалке.

Штамповые стали обладают высокой твердостью и износостойкостью, прокаливаемостью и теплостойкостью.

Стали для штампов холодного деформирования

Эти стали должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, сочетающейся с достаточной вязкостью, также должны быть теплостойкими. Например Х12Ф1, Х12М, Х6ВФ, 6Х5ВЗМФС, 7ХГ2ВМ. Во многих случаях для изготовления штампов для холодного деформирования используют быстрорежущие стали. Стали для штампов горячего деформирования должны иметь высокие механические свойства (прочность и вязкость) при повышенных температурах и обладать износостойкостью, окалиностойкостью, разгаростойкостью и высокой теплопроводностью. Примером таких сталей могут служить стали 5ХНМ, 5ХНВ, 4ХЗВМФ, 4Х5В2ФС, ЗХ2В8Ф, 4Х2В5МФ.

38.Металлы для режущего инструмента. Назначение, требования, предъявляемые к ним. ТО, структура, свойства. Стали для реж. инструмента после закалки и низкого отпуска должны иметь высокую твердость в режущей кромке (HRC 60-65) значительно превышающую твердость обрабатываемого материала; высокую износостойкость, необходимую для сохранения размеров и формы режущей кромки при резании; достаточную прочность при некоторой вязкости для предупреждения поломки инструмента в процессе работы и теплостойкость, когда резание выполняется при повышенных скоростях. Для углеродистых сталей: Для реж иструмента (фрезы, зенкеры, сверла, бритвы,напильники и тд) используют заэвтектоидныые стали У10, У11, У12 и У13, у которых после ТО структура – мартенсит и карбиды. Древообрабатыв – У7, У8 у которых после ТО трооститная структура. Для легированных сталей: эти стали подобно углеродистым не обладают теплостойкостью и пригодны только для резания относительно мягких материалов на малых скоростях. (200-250С) Лег. стали по сравнению с углеродистыми обладают большей устойчивостью переохлажденного А, а след-но, большей прокаливаемостью. Инструменты их этих сталей охлаждают при закалке в масле и в горячих средах (ступенчатая закалка), что уменьшает деформацию и коробление инструмента. 11Х и 13Х – низколегированные, 9ХС и ХВСГ – бОльшая теплостойкость 250-260С. 39. Стали для инструмента ОМД, состав, маркировка, термообработка, структура, свойства. Для холодной ОМД: должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, сочетающейся с достаточной вязкостью. В процессе деформирования с большей скоростью штампы разогреваются до 300-350С, поэтому стали должны быть и теплостойкими. (Х12Ф1 закалка 1070С, отпуск 150, твердость 61-63 hrc. Х6ВФ – закалка 970, отпуск 160) . Высокохромистые (Х12Ф1 и Х12М(закалка 830-860 и отпуск 500-580)) относятся к ледебуритному классу и содержат 16-17% карбидов, высокая износостойкость и при закалке мало деформируются, что важно для штампов сложной формы. Сталь Х6ВФ – используют для инструментов с высокой механической прочностью и сопротивление изнашиванию. Для горячей ОМД: высокая мех. свойства (прочность и вязкость) при повышенных t и обладание окалиностойкостью и разгаростойкостью, т.е способностью выдерживать многократные нагревы и охлаждения без образования разгарных трещин. Так же должны иметь высокую износостойкость и теплопроводность для лучшего отвода теплоты, предаваемого обрабатываемой заготовкой. Для крупных ковочных машин (темп. 500-550С) – стали 5ХНМ и 5ХГМ . Стали повышенной теплостойкости – 3Х2В8Ф и 5Х3В3МФС для штампов (темп. 600-700С).

40. Литейные алюминиевые сплавы. Такие сплавы должны обладать высокой жидкотекучестью, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошими мех свойствами, сопротивлением коррозии и др. Высокими литейными свойствами обладают сплавы, содержащие в своей структуре эвтектику. Эвтектика образуется во многих сплавах, в которых содержание легирующих элементов больше предельной растворимости в алюминии. В связи с этим содержание лег. элем. выше, чем в деформируемых. Чаще всего применяют сплавы Al-Si (силумины, высокие литейные свойства, большая плотность отливок), Al-Cu (хорошо обр. резанием, но плохо отливается, достаточно хрупок), Al-Mg (низкие литейный свойства, высокая коррозионная стойкость, повышенные мех свойства и обр. резанием, AЛ 8, АЛ27). Многие алюмосплавы подвергают ТО: T1 – искусственное старение (5-20 часов при 170С) T2 – Отжиг при 300С в течение 5-10 ч.(для снятия литейных напряжений, а также остаточных напряжений, вызванной мех. обработкой) T3,T4 – закалка при 510-550С и естественное старение. T5 – Закалка и искусственное старение при 150-175С (высокая прочность при сохранении повешенной пластичности). T6 – закалка и полное искусственное старение при 200С 3-5 часов. T7 – закалка и стабилизирующий отпуск при 230-250С в течение 3-10 ч.

41. Деформируемые алюминиевые сплавы. Состав, ТО. Дюралюмины – сплавы Al-Cu-Mg в которые дополнительно вводят марганец. Типичным дюралюмином является сплав Д1 (для листов и профилей). Упрочнение дюралюмина при ТО достигается в результате образования зон Гинье – Престона (представляют собой весьма малые объемы твердого раствора с резко повышенной концентрацией растворенного компонента, сохраняющие решетку растворителя) сложного состава. Дюралюмин хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях. Для закалки сплав Д1 нагревают до 505-510С, а сплав Д16 – до 495-505С. При закалке важно обеспечить высокую скорость охлаждения. После закалки дюралюмины подвергают естественному старению, так как оно обеспечивает получение более высокой коррозионной стойкости. Д16 –обшивки, стрингера, лонжероны самолетов , силовые каркасы, строительные кострукции, кузовы грузовых авто и тд. Сплавы авиаль (АВ) – уступают дюралюминам по прочности, но обладают лушей пластичностью. Удовлетворительно обрабат. резанием (после закалки (515-525С с водой) и старения) и сваривается контактной и аргондуговой сваркой. Сплав обладает высокой общей сопротивляемостью коррозии. Высокопрочные сплавы: В95, В96 – их закаливают с 460-470С (охл. в воде) + искусственное старение 135-145С в теч. 16 часов. Хорошая пластичность в горячем состоянии и сравнительно легко деформируются в холодном состоянии после отжига. В95 хорошо обр. резанием и сваривается точечной сваркой, применяют в самолетостроении. В96 для изгот. прессованных и кованных изделий. Сплавы для ковки и штамповки: отличаются высокой пластичностью и удовлетворительными литейными свойствами, хорошо обр. резанием и нормально свариваются контактной и аргондуговой сваркой. АК6 – этот сплав используют для деталей сложной формы и средней прочности. АК8 - для тяжелонагруженных штампованных деталей. Закалка 505-520С с охлаждение в воде и старению при 150-165С 6-15 часов. Жаропрочные сплавы: Используют для деталей, работающих при температурах до 300С – детали турбореактивных движков и сверхзвуковых самолетов. Они имеют более сложный хим состав чем те, что рассматривались выше. Их дополнительно легируют железом, никелем и титаном. Д20 – высокая жаропрочность, благодаря высокому содержанию меди, марганца, титана. АК1 – сплав, закаливают при 530С в воде и подвергают старению при 200С.

42.Латуни. Состав, маркировка, свойства. Латуни — двойные и многокомпонентные медные сплавы, в которых основной легирующий компонент — цинк. По сравнению с медью латуни обладают более высокими прочностью, коррозионной стойкостью, литейными свойствами и температурой рекристаллизации. Это наиболее дешевые медные сплавы. Латуни широко применяют в машиностроении и многих отраслях промышленности.

Двойные (простые) латуни, содержащие 88-97% Си, называют томпаком, а содержащие 79—86% Си —полутомпаком.. Простые латуни маркируют буквой Л, за которой пишут содержание меди в %. В специальных латунях после буквы Л пишут заглавную букву дополнительных легирующих элементов и через тире после содержания меди указывают содержание вводимых элементов в процентах. В зависимости от способа обработки латуни подразделяют на деформированные и литейные. Последние могут изготовляться из вторичного сырья (вторичные литейные латуни). Из деформированных латуней изготовляют листы, ленты, полосы, прутки. трубы, проволоку и поковки; из литейных фасонные отливки. Для предохранения от растрескивания латунные полуфабрикаты и изделия подвергают низкотемпературному отжигу (250—300°С), при котором уменьшаются остаточные напряжения, но не снижается их прочность. Латуни, за исключением марки ЛАНКМц 75-2-2,5-0,5-0,5, упрочняют деформационным наклепом. Латунь последней марки — единственный дисперсионно-твердеющий сплав, упрочняемый в результате закалки и старения.