Химико термическая обработка сталь 10

Обновлено: 27.03.2024

К ХТО относятся такие термические процессы в искусственно созданной активной среде, которые приводят к изменению химического состава, а вместе с тем и свойств поверхностного слоя обрабатываемого металла. Химико-термическая обработка заключается в нагреве изделия до определенной температуры в химически активной среде, некоторой выдержке при этой температуре и последующем охлаждении. При этом развиваются такие процессы, которые обеспечивают поступление к обрабатываемой поверхности изделия активных атомов того или иного вещества. Эти атомы адсорбируются на поверхности металла и, проникая в решетку, насыщают его поверхностные слои.

Таким образом, в основе химико-термической обработки лежат диффузионные процессы. Диффузионные процессы в твердом состоянии идут весьма медленно и поэтому, несмотря на длительность химико-термической обработки, диффундирующее вещество проникает на небольшую глубину.

Обычно химико-термическую обработку применяют к различным деталям машин и приборов с целью повышения их поверхностной твердости, износоустойчивости, усталостной прочности, антикоррозионных свойств и жаростойкости.

Процесс насыщения поверхности детали можно условно разбить на 3 стадии:

· создание активных атомов;

· перенос активных атомов к поверхности детали, взаимодействие их с поверхностью;

· диффузия активных атомов в глубь металлов.

Все эти 3 стадии процесса идут последовательно, и поэтому общая скорость ХТО определяется скоростью одной из стадий, идущей наиболее медленно.

Обычно наименьшая скорость - это скорость диффузии в металле. Для ускорения диффузии увеличивают температуру. Чем выше температура, тем быстрее идет диффузия, тем скорее происходит процесс насыщения поверхности детали.

1. ХТО с насыщением неметаллами (С, N, Si, B);

2. ХТО с насыщением металлами (Cr, Ni, Ti, Zn);

3. Многокомпонентная ХТО.

Основные виды ХТО разработаны и применяются для стальных деталей. В зависимости от основного насыщенного компонента эти виды называют:

1. Цементация - насыщение углеродом.

2. Азотирование - насыщение азотом.

3. Нитроцементация - насыщение С и N.

Технологический процесс насыщения поверхности детали может происходить по-разному:

· способ насыщения из порошковых засыпок, т.е. деталь засыпают порошками, содержащими нужные элементы. Способ самый универсальный, наиболее доступный. Однако производительность его недостаточна и необходима потребность в большом количестве порошка;

· насыщение из газовой фазы. Детали помещают в специальные печи с контролируемой газовой атмосферой. Детали на конвейере проходят через печь и после выхода в ряде случаев сразу закаливаются. Достоинства: высокая производительность, стабильное качество. Применяется при массовом изготовлении.

· насыщение из жидкой среды. При этом способе детали помещают в расплавы солей, щелочей, металлов, содержащих нужный элемент.

· насыщение из пасты. Этот способ применяется для местного насыщения детали легирующими элементами.

· насыщение в вакууме. Деталь помещают в вакуумную камеру, нагревают и конденсируют на нее атомы легирующих элементов. Применяется для специальных деталей или детали, которые не должны окисляться.

Структура поверхностного слоя в деталях, образующихся при ХТО, зависит от типа взаимодействия насыщающего элемента с металлом, который является основным компонентом в данной детали.

Если насыщающий элемент образует неограниченный твердый раствор, то при ХТО наблюдается плавное изменение концентрации и структуры. Глубина диффузионного слоя d (х) в значительной степени зависит от коэффициента диффузии Д легирующего элемента и от времени насыщения. Коэффициент диффузии определяется самим легирующим элементом, т.е. его природой. Чем больше температура, тем больше коэффициент диффузии, тем скорее идет насыщение. Толщина насыщенного слоя определяется, прежде всего, временем t:

В некоторых случаях после ХТО проводят дополнительную обработку, включающую закалку и отпуск, для того, чтобы получить необходимую структуру на поверхности и заданные свойства.

Цементация представляет собой процесс насыщения поверхностей деталей углеродом с целью повышения твердости и износостойкости. Цементацию применяют для деталей, в которых твердость поверхностных слоев должна сочетаться с вязкой сердцевиной, хорошо выдерживающей ударную нагрузку. Цементации подвергают стали, в которых содержание углерода обычно не превышает 0,1…0,25% С.

Цементацию насыщением «С» проводят либо из твердой среды, либо в специальных газовых средах. Процесс цементации ведется при высоких температурах порядка 900…950 °C. Такая температура необходима для перехода структуры в аустенитное состояние.

Температура цементации должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить аустенитную структуру и не вызвать рост зерна. Продолжительность процесса цементации определяется необходимой глубиной насыщаемого слоя и определяется, исходя из скорости насыщения ~ 0,1 мм/ч. Общая продолжительность 8…10 часов. После окончания процесса цементации деталь охлаждается, при этом происходит изменение её структуры.

Для газовой цементации используют контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, а также жидкие углеводороды (керосин, бензол и др.), каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую фазу. В поверхностном слое образуется микроструктура, состоящая из трех зон: заэвтектоидная: П+Ц2 (С > 0,8 %), эвтектоидная: П (С=0,8 %) и доэвтектоидная: П+Ф (С< 0,8 %).

Для получения нужных свойств детали после цементации в обязательном порядке подвергают дополнительной термообработке. Она включает в себя одинарную или двойную закалку и последующий низкий отпуск. Если деталь не имеет ответственного назначения, то после цементации применяют одну закалку. Нагревают до 880…900°С и охлаждают в масле. Закалка с такой температурой вызывает частичное растворение цементитной сетки. В результате, вместо сплошных выделений вторичного цементита по границам, образуются отдельные мелкие включения по всему объему металла. Но закалка с такой температурой сохраняет крупнозернистое строение стали. Поэтому вязкость будет пониженная. Отпуск при температуре 160…180°С позволяет уменьшить закалочные напряжения без уменьшения твердости.

Для ответственных деталей, подвергающихся ударным нагрузкам, применяют сложную ТО, которая состоит из трех операций.

1. Высокотемпературная закалка 860…880°С, которая для крупно-габаритных деталей может быть заменена на нормализацию. Эта операция термообработки направлена на устранение цементитной сетки.

2. Закалка 760…780°С (обязательная). Повторная закалка позволяет измельчить зерно в стали и соответственно повысить ее вязкость.

3. Низкий отпуск (1…2 часа). Цель - снятие закалочных напряжений. Дополнительная обработка после цементации позволяет перевести перлитную структуру в мартенситную.

Это обеспечивает увеличение прочности и твердости поверхности.

Окончательные свойства детали получаются после цементации и термообработки: поверхность будет иметь твердость 58…62 HRC.

После цементации, закалки и низкого отпуска поверхностный слой приобретает структуру мелкоигольчатого мартенсита. Содержание легирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины.

Для тяжело нагруженных деталей, цементуемых на толщину более 0,5…0,6 мм, следует применять стали легированные никелем (до 4%), повышающим пластичность мартенсита, и молибденом (до 8 %), резко повышающим прокаливаемость цементованного слоя.

Сердцевина цементуемых сталей должна обладать высокими механическими свойствами, особенно повышенным пределом текучести, кроме того, она должна быть непосредственно мелкозернистой.

Увеличение действительного зерна в цементованном слое после термической обработки вызывает уменьшение предела контактной выносливости, предела выносливости при изгибе, сопротивления хрупкому разрушению и увеличение деформации обработки. Для измельчения зерна цементуемые стали микролегируют V, Ti, Nb, Zr, A1 и N, образующими дисперсные нитриды VN, TiN, A1N, карбонитриды V (N, С), Ti (N, С), Zr (N, С) или карбиды TiC, VC, задерживающими рост зерна аустенита.

Повышение прокаливаемости и прочности хромомарганцевых сталей достигается дополнительным легированием их никелем. На ВАЗе широко применяют сталь 20ХГНМ (0,18…0,23 % С, 0,7…1,1% Мn, 0,4…0,7 % Сr, 0,15… 0,25 % Мо), а также 19ХГН и 14ХГН, содержащие по 0,8…1,1% Мn, Сr и Ni. После закалки и низкого отпуска эти стали имеют sв = 1100…1200 МПа, s0,2= 850…950 МПа, d = 7…8 % и KCU =0,6…0,8 МДж/м 2 .

В настоящее время применяется ряд новых сталей для цементации, обладающих мелким зерном, глубокой прокаливаемостью слоя и сердцевины (табл. 4). После цементации эти стали имеют высокие механические свойства.

Химический состав некоторых сталей, %, для цементации

Марка стали С Mn Cr Ni
25ХГНМТ 25ХГНМАЮ 20ХГН2МБФ 0,23…0,29 0,23…0,29 0,15…0,22 0,5…0,8 0,5…0,8 0,5…0,8 0,4…0,6 0,4…0,6 0,4…0,6 0,8…1,1 0,8…1,1 1,6…2,0
Марка стали Mo Ti, Al Nb N
25ХГНМТ 25ХГНМАЮ 20ХГН2МБФ 0,4…0,5 0,4…0,5 0,5…0,6 0,04…0,09 Ti 0,02…0,06 Al - - - 0,05…0,10 - 0,01…0,02 0,01…0,16 V

Цементацию широко применяют для упрочнения среднеразмерных зубчатых колес, валов коробки передач автомобилей, валов быстроходных станков, шпинделей и многих других деталей машин.

Нитроцементация сталей – процесс насыщения поверхности стали одновременно углеродом и азотом при 840…860 °Св газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Эта ХТО направлена на получение свойств, включающих достоинства и цементации и азотирования одновременно. Если насыщение С и N происходит из газовой фазы, то этот процесс называется нитроцементацией, если процесс идет из жидкой среды (расплавленных цианистых солей), то этот процесс называют цианированием.

Нитроцементацию можно производить в шахтных печах для газовой цементации или азотирования. Она применяется для конструкционной стали. Процесс нитроцементации проходит при температуре, лежащей ниже температуры цементации, но выше температуры азотирования. Чем выше температура, тем энергичнее идет процесс насыщения углеродом и соответственно результаты получаются ближе к цементации. Чем ниже температура, тем больше насыщение «N» и свойства детали ближе к азотированию. Нитроцементация конструкционной стали производится при температуре 840…860 °Свыдержка 3…6ч, глубина слоя 0,01…0,025 мм. Для инструментальной стали применяют температуру 560 °С, глубина слоя 0,01…0,025 мм.

Нитроцементация осуществляется газом, состоящим из 20 % NH4 и 97…80 % науглероживающего газа, применяемого для газовой цементации. Распространены жидкие среды, например, триэтаноламин (С2Н2ОН)2N. Источниками активных атомов углерода и азота являются реакции диссоциации метана, окиси углерода и аммиака. После нитроцементации деталь подвергают закалке и низкому отпуску, причём закалка обычно проводится сразу после окончания ХТО без дополнительного нагрева. Для уменьшения деформации рекомендуется применять ступенчатую закалку с выдержкой в горячем масле 180…200 °С.

Процесс нитроцементации получил широкое распространение в машиностроении для деталей, по условиям работы которых достаточна толщина упрочненного слоя 0,2…0,8 мм.На ВАЗе 95 % деталей, упрочняемых ХТО, подвергаются нитроцементации. Например, нитроцементация широко применяется для упрочнения зубчатых колёс. В этом случае эффективная толщина слоя до HV 600 для шестерён с модулем 1,5-3,5 мм принимается 0,3 ± 0,1 мм, а при модуле 4,0-5,5 мм – 0,4 ± 0,1 мм.

При оптимальных условиях насыщения структура нитроцементи-рованного слоя должна состоять из мартенсита, небольшого количества карбонитридов и некоторого количества остаточного аустенита, структура сердцевины - из троостосорбита, бейнита илималоуглеродистого мартенсита. В нитроцементированном слое нередко допускается повышенное количество остаточного аустенита, который обеспечивает хорошую прирабатываемость нешлифуемых автомобильных шестерён, что обеспечивает их бесшумную работу.

В американской практике считается допустимым содержание в нитроцементируемом слое остаточного аустенита в количестве, при котором твёрдость после закалки не ниже 60 HRC. Чаще твёрдость слоя составляет 58…64 HRC.

Азотированиепредставляет собой процессдиффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей. Азотирование применяют для повышения износостойкости и предела выносливости деталей машин. Обычно азотирование проводят при температуре 500…550 о С в муфелях или контейнерах, через которые пропускается диссоциирующий аммиак. На стальной поверхности происходит реакция диссоциации аммиака с выделением ионов азота, которые адсорбируются поверхностью детали, затем диффундируют вглубь. Обычно процесс азотирования завершается образованием на поверхности слоя e-фазы с ГП решёткой и упорядоченным расположением атомов в широком интервале концентраций азота.

Процесс азотирования весьма длительная операция. Так, при азотировании данной стали диффузионную зону около 0,5 мм получают при 500…520°С за 55 ч выдержки. Такую же толщину можно получить за 40 ч, если применить двухступенчатый режим азотирования: 510 °С , 15 ч + 550°С, 25 ч. По сравнению с цементованными азотированные слои легированных сталей имеют более высокую твёрдость и износостойкость. Однако азотирование используют реже, чем цементацию, из-за большой длительности и меньшей толщины упрочнённого слоя.

Наибольшее применение для азотируемых деталей, от которых требуется высокая твердость и износостойкость, имеет сталь 38Х2МЮА. Хром и особенно алюминий образуют устойчивые нитриды, что придает стали очень высокую твердость (до HV 1100…1200). Хром, кроме того, повышает прокаливаемость и прочность стали. Молибден вводят в сталь для устранения отпускной хрупкости; одновременно он повышает прокаливаемость. Тем не менее, детали из стали 38Х2МЮА обладают невысокой прокаливаемостью (до 50 мм). Существенным недостатком этой стали является склонность к обезуглероживанию.

Сталь 38ХВФЮА содержит значительно меньше алюминия и несодержит дефицитного молибдена. Азотированный слой деталей, изготовленных из нее, приближается по своим свойствам к азотированному слою деталей из стали 38ХМЮА. Достоинство стали марки 38ВФЮА - меньшая хрупкость в связи с отсутствием в ней молибдена.

Для азотирования применяют также стали, не содержащие алюминия. Твердость таких сталей после азотирования несколько ниже и составляет НV 900…950. Хорошие результаты дает азотирование стали марки 18Х2Н4ВА, особенно для деталей больших размеров, когда требуется глубокая прокаливаемость. Кроме того, азотированию подвергают детали из нержавеющих, жаростойких, а также инструментальных сталей.

Детали, предназначенные для азотирования, подвергают предварительной термической обработке для придания необходимых механических свойств сердцевине деталей, а также для подготовки структуры для получения наилучших свойств азотированного слоя. Обычно такая термическая обработка сводится к закалке с высоким отпуском (улучшению). Особенность термической обработки деталей из сталей, содержащих хром, алюминий и молибден, заключается в применении повышенной температуры и большего времени выдержки при нагреве под закалку (примерно в 1,5 раза больше, чем обычно). Это необходимо для получения более однородного аустенита. Охлаждение при закалке производят в воде или масле; детали больших размеров охлаждают в воде. Небольшие детали сложной формы следует охлаждать в масле для уменьшения коробления. Для снижения внутренних напряжений и коробления рекомендуется перед закалкой подстуживать детали.

Характеристика стали марки 10 и латуни. Поверхностное упрочнение изделий из стали 10

Сталь 10 как качественная конструкционная углеродистая сталь. Содержание углерода, сортамент и области применения стали 10. Сущность и назначение цементации, термической обработки стали. Марки, перечень сплавов, свойства и области применения латуни.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 13.10.2013
Размер файла 17,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. Сталь 10

Сталь 10 относится к качественным конструкционным углеродистым сталям. Близкими к ней по основным характеристикам являются стали марок 08, 15 и 08кп. Стали этой группы принято маркировать словом «Сталь» или его сокращением «Ст» с добавлением двузначного числа, показывающего процент содержания углерода, выраженный в сотых долях процента. То есть в стали марки Ст10 содержится около 0,1% углерода.

Сортамент стали 10 довольно широк:

- ленты, производимые по ГОСТу 3560-73 и СТП М315-82;

- трубы и фитинги, создаваемые по нормам ГОСТов 550-75, 1060-83, 5654-76, ГОСТ 8732-78, 8734-75,10704-91 и других;

- низкоуглеродистая стальная проволока, изготавливаемая в соответствии с ГОСТом 5663-79;

- средне- и высокоуглеродистая стальная проволока, производимая по нормам ГОСТа 17305-91;

- болванки, заготовки и слябы, создаваемые по ГОСТу 3-1686-90 и ТУ 1-92-156-90.

В состав стали 10 входит от 0,07 до 0,14% углерода, от 0,17 до 0,37% кремния, от 0,35 до 0,65% марганца, не более 0,25% никеля, менее 0,04% серы, до 0,035% фосфора, не более 0,15% хлора, до 0,25% меди и не более 0,08% мышьяка.

Область применения стали марки 10 довольно широка:

- листовой прокат для холодной штамповки;

- детали, от которых требуется высокая пластичность и сохранение характеристик при температуре до +450 °С;

- детали после химико-термической обработки с высокими показателями твердости поверхности и износостойкости (втулки, винты и т. п.);

- электросварные трубы для трубчатых электронагревателей и некоторых машиностроительных изделий;

- бесшовные холоднодеформированные трубы для котлов, нефте- и пароподогревателей;

- основной слой при производстве горячекатаных двухслойных коррозинностойких листов;

- трубы для гидравлических систем автомобилей, комбайнов, тракторов, холодильников и т. п.;

- электросварные трубы, используемые для создания мотоциклов и велосипедов;

- электросварные трубы с овальным сечением, применяемые для создания деталей конструкций трансформаторов с масляным охлаждением;

- холоднокатаная лента для гибки и штамповки деталей, а также изготовления проволоки, подшипников, труб и многого другого;

- бесшовные хладостойкие горячедеформированные трубы, используемые при освоении газовых месторождений.

Сталь 10 имеет отличные характеристики свариваемости при помощи ручного дугового, автоматического дугового и контактно-точечного видов сварки. Но эти методы не подходят к деталям, прошедшим химико-термическую обработку. Их свариваемость крайне низкая.

Ковка стали 10 осуществляется при температуре 1300 °С в начале и 700 °С в конце с последующим охлаждением на воздухе. Положительным фактором является отсутствие у стали 10 чувствительности к флокенам, то есть появлению внутренних трещин.

2. Требуется произвести поверхностное упрочнение изделий из стали 10. Назначьте вид обработки, опишите технологию, происходящие в стали превращения, структуру и свойства поверхности и сердцевины изделия

Для получения необходимого комплекса эксплуатационных свойств (высокая износостойкость поверхности при достаточно высокой усталостно-изгибочной прочности) сталь 10 подвергают цементации, закалке и последующему низкому отпуску. Цементация повышает не только поверхностную твердость, но, как правило, и прочность детали. Цементацией стали называется процесс диффузионного насыщения поверхности стальных изделий углеродом при нагревании в науглероживающей среде. Назначение цементации и последующей термической обработки - придать поверхностному слою высокую твердость и износостойкость. Эти свойства достигаются обогащением поверхностного слоя стали углеродом доэвтектоидной, эвтектоидной или заэвтектоидной концентрации и последующей термической обработкой, сообщающей поверхностному слою стальных изделий структуру мартенсита или мартенсита с карбидами и небольшим количеством остаточного аустенита.

Термическая обработка заключается в газовой цементации при температуре 920 - 950єС. Структура слоя при температуре насыщения - аустенит, после медленного охлаждения в атмосфере агрегата перлит + цементит. Структура сердцевины при температуре насыщения - аустенит, после медленного охлаждения - феррит + перлит.

Для гарантированного получения мелкоигольчатого мартенсита детали после цементации охлаждают до температуры ниже температуры 600єС, а затем нагревают под закалку до температуры 800 - 820єС. Температуру нагрева под закалку выбирают для цементованного слоя. Температура AC3 для данной стали составляет 850єС. Закалку для стали 10 производят в воде.

Охлаждение в воде заготовок обеспечивает скорость охлаждения цементованного слоя выше критической. Структура поверхностного слоя после закалки - мартенсит, структура сердцевины зависит от размеров детали. Для небольших изделий получаем сквозную прокаливаемость. Структура мартенсит по всему сечению. С увеличением размеров изделия от поверхности к сердцевине получаем мартенсит троостит сорбит перлит + феррит. Низкий отпуск проводим при температуре 180 - 200єС. Более высокие температуры применять не следует, так как это приводит к снижению твердости, статической и усталостной прочности, из­носостойкости цементовано-закаленных изделий. Охлаждение после отпуска на воздухе. Структура поверхностного слоя - отпущенный мартенсит. С увеличением размеров изделия от поверхности к сердцевине получаем отпущенный мартенсит троостит сорбит перлит + феррит.

3. Латуни. Марки, составы, свойства и области применения

углеродистый сталь цементация латунь

Латунь - описание и свойства.

Хотя этот сплав имеет не такую богатую историю, как бронза, однако лом латуни была известна еще древним римлянам, которые получали ее из меди и цинковой руды. Современный способ производства - сплавление меди с чистым металлическим цинком - был открыт значительно позже: в конце 18 века. По внешнему виду латунь во многом напоминает золото, поэтому раньше из нее часто изготавливали поддельные ювелирные украшения.

Латунь представляет собой группу сплавов на основе меди и цинка, в состав которых могут входить и другие легирующие элементы, например, никель, свинец, марганец, олово, железо и т.д. По целому ряду характеристик сплав имеет более высокие показатели, чем его основание - чистая медь. В частности, это более высокая прочность и стойкость к коррозии. В то же время латунь является легкой в обработке, что позволяет выпускать изделия сложной формы и малого размера, отдельным достоинством которых является относительно низкая себестоимость. И, наконец, сплав проводит тепло и ток на порядок хуже чистой меди.

Виды латуни

В зависимости от количества легирующих элементов, сплавы из лома латуни по цене можно разделить на две группы:

Двухкомпонентные - содержат исключительно медь и цинк в различном соотношении с небольшим количеством примесей, которые маркируются литерой “Л” c обозначением доли меди в процентах;

Многокомпонентные - с включением других элементов, заглавные буквы, названия которых добавляются к маркировке.

В отдельную категорию можно выделить сплавы с высоким содержанием меди - порядка 90-97%, которые получили название “томпак”. Они обладают рядом ценных свойств, среди которых пластичность, стойкость к коррозии и антифрикционные свойства. Но главное - это привлекательный внешний вид и сходство с золотом, благодаря которому сплавы этого типа используют для изготовления фурнитуры, значков и т.д. Другие виды латуни применяются при создании различных металлических изделий. Перечень сплавов и типы изделий представлены в таблице.

Детали машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др.

Гильзы химической аппаратуры

Гайки, болты, детали автомобилей, конденсаторные трубы

Толстостенные патрубки, гайки, детали машин.

Многокомпонентные деформируемые латуни

Конденсаторные трубы морских судов

Детали морских судов

Детали химической аппаратуры, электромашин, морских судов

Вкладыши подшипников, детали самолетов, морских судов

Манометрические и конденсаторные трубки

Гайки, болты, арматура, детали машин

Детали морских и речных судов

Конденсаторные трубы теплотехнической аппаратуры

Детали часов, втулки

Гайки, болты, зубчатые колеса, втулки

Детали, изготовляемые резанием

Коррозионностойкие детали машин

ЛАНКМц75- 2- 2,5- 0,5- 0,5

Пружины, манометрические трубы

Массивные червячные винты, гайки нажимных винтов

Литые детали арматуры, втулки, сепараторы, подшипники

Детали ответственного назначения, работающие при температуре до 300 °C

Штуцера гидросистемы автомобилей

Подобные документы

Сталь марки 15Х - низкоуглеродистая хромистая конструкционная цементуемая сталь содержит углерод, хром и марганец. Анализ влияния углерода и легирующих элементов стали на технологию ее термообработки. Операции термообработки деталей из стали этой марки.

контрольная работа [50,0 K], добавлен 05.12.2008

Механизмы упрочнения низколегированной стали марки HC420LA. Дисперсионное твердение. Технология производства. Механические свойства высокопрочной низколегированной стали исследуемой марки. Рекомендованный химический состав. Параметры и свойства стали.

контрольная работа [857,4 K], добавлен 16.08.2014

Расшифровка марки стали 25, температуры критических точек, химический состав, механические свойства и назначение. Построение графика химико-термической обработки стальной детали с указанием температуры нагрева, времени выдержки и скорости охлаждения.

курсовая работа [444,5 K], добавлен 20.05.2015

Характеристика заданной марки стали и выбор сталеплавильного агрегата. Выплавка стали в кислородном конвертере. Материальный и тепловой баланс конвертерной операции. Внепечная обработка стали. Расчет раскисления и дегазации стали при вакуумной обработке.

учебное пособие [536,2 K], добавлен 01.11.2012

Требования к конструкционным материалам. Экономические требования к материалу определяются. Марки углеродистой стали обыкновенного качества. Углеродистые качественные стали. Цветные металлы и сплавы. Виды термической и химико-термической обработки стали.

Химико-термическая обработка стали

Термическая обработка стали, в результате которой изменяется химический состав поверхностных слоёв, называется химико-термической обработкой. Изделие нагревается в специально выбранной среде и изменение химического состава поверхности происходит благодаря переходу и внедрению атомов этого вещества в кристаллическую решётку стали.

Процесс проникновения одного вещества в другое при их соприкосновении называется диффузией. В зависимости от среды, в которой нагревается изделие, различают несколько видов химико-термической обработки. Наиболее распространёнными из них в промышленности являются: цементация, азотирование и цианирование.

Цементация


Процесс цементации заключается в насыщении поверхностного слоя металла углеродом. Количество углерода на поверхности металла после правильно проведённого режима цементации должно равняться 0,9-1,0%. Цементации подвергают изделия из малоуглеродистой стали. Цементованные изделия после закалки приобретают весьма высокую твёрдость поверхностного слоя, сохраняя мягкую вязкую сердцевину. Это сочетание имеет большое значение для деталей машин, работающих на трение и одновременно на удар или скручивание (шестерни, шпиндели, поршневые пальцы и др.). Твёрдая поверхность цементованных деталей хорошо сопротивляется истиранию, а вязкая сердцевина предохраняет от поломки при ударах.

В инструментальном производстве цементация применяется при изготовлении мерительного инструмента, приспособлений, некоторых видов монтажного инструмента и т. п.

Для цементации применяется углеродистая сталь и легированная конструкционная сталь с содержанием углерода до 0,25 %. Длинные тонкие детали сложной формы, подверженные короблению, следует изготовлять из стали с нижним пределом углерода, а детали массивные несложной формы, в которых требуется более прочная сердцевина - с верхним пределом углерода, доводя, в отдельных случаях, его содержание до 0,3 и даже 0,35%.

Цементуют сталь в твёрдой, газовой и (редко) жидкой средах, способных отдать свой углерод. Эти среды носят название карбюризаторов.

Цементация в твёрдом карбюризаторе. В качестве твёрдого карбюризатора в промышленности широко применяется смесь древесного угля с углекислыми солями (углекислым барием, углекислым натрием, углекислым кальцием).

Для приготовления карбюризатора уголь раздробляют на кусочки размером 3-10 мм и просеивают для удаления пыли. Уголь употребляют дубовый или берёзовый, так как уголь из мягких пород быстро сгорает. Углекислые соли измельчают в порошок и просеивают через мелкое сито.

Первый способ, при котором получается наиболее равномерная смесь, заключается в следующем: соль растворяют в воде, поливают этим раствором уголь, перемешивают и высушивают. Допускаемая влажность 5-7%.

Второй способ заключается в тщательном перемешивании угля и соли в сухом виде. Плохо перемешанный карбюризатор даёт неравномерный слой цементации, пятнистость.

Многие заводы применяют готовый карбюризатор, изготовленный Бондюжским заводом, из угля и нескольких видов углекислых солей. Карбюризаторы, изготовляемые заводами для своих нужд, обычно состоят из 85-90% древесного угля и 10-15% по весу углекислого натрия (кальцинированной соды). Для цементации применяют смесь из 20-30% свежего карбюризатора и 70-80% отработанного. На отдельных заводах применяют вместо угля древесные опилки, добавляют в карбюризатор обугленную кость, кожу и т. п. Однако все эти добавки, а также замена угля опилками, ухудшают качество цементации.

Детали, поступающие для цементации, должны быть сухими и очищены от окалины, ржавчины, грязи, масла, стружки и т. п.

Предохранение поверхностей изделий, не подлежащих цементации. Участки деталей, которые по технологическим условиям не должны цементоваться, предохраняют от науглероживания следующими способами:

1. Оставлением припуска в изделиях, обрабатываемых резанием. В местах, не подлежащих цементации, оставляют припуск больший, чем заданная глубина цементации. Перед закалкой этот припуск удаляется на станке.

2. Накладыванием обмазки. В качестве обмазки, накладываемой на места, не подлежащие цементации, применяются: а) глина, смешанная с жидким стеклом; б) смесь из глины, песка и асбестовой мелочи, замешанная на жидком стекле; в) смесь из термоизоляционного порошка или кварцевого песка (75%) и мелкой окалины (25%), просеянных через сито с ячейками 1 х 1 мм.

3. Омеднением. Участки, не подлежащие цементации, покрывают слоем меди толщиной 0,03-0,04 мм. Этот способ требует специального гальванического оборудования.

4. Фосфатированием. Места, подлежащие цементации, предварительно покрываются цапон-лаком, после чего изделие полностью погружается в ванну с горячим водным раствором фосфатов ортофосфорной кислоты, при этом непокрытые места изделий фосфатируются, что можно наблюдать по выделению пузырьков на поверхности раствора. Прекращение выделения пузырьков указывает на окончание фосфатирования. Процесс прост и надёжен.

Детали, подлежащие цементации, упаковывают в ящики с карбюризатором. Ящики лучше всего изготовлять по форме деталей. Это уменьшает время для прогрева ящиков и улучшает качество цементованного слоя. Однако изготовлять такие ящики рационально только при цементации больших количеств деталей. Во всех прочих случаях ящики изготовляют круглые, квадратные или прямоугольные, размеры их выбираются в зависимости от размера печи и количества загружаемых в них изделий.


Наибольший размер ящиков при цементации в печах средней величины 250 х 500 х X 300 мм при толщине материала от 4 до 8 мм. Материалом для ящиков служит жаростойкая сталь, а при её отсутствии - обычная малоуглеродистая сталь. При упаковке деталей в ящики следует выдерживать расстояние между деталями 10-20 мм, а между деталями и дном 20-30 мм (фиг. 12).

Технологический процесс цементации. Перед загрузкой ящиков в печь надо подсушить обмазку, чтобы она не растрескалась. Загрузку производить в печь, нагретую до 900 - 950°. В результате загрузки холодных ящиков в печь температура последней несколько снизится. Сквозной прогрев ящиков производить при температуре 780-800°. Практически окончание прогрева определяют по цвету подовой плиты; при недостаточном прогреве плита под ящиком будет тёмная, а при полном прогреве цвет подовой плиты будет везде одинаков. После прогрева ящиков при температуре 780-800° быстро подымают температуру до 900 - 950° и производят процесс цементации. Быстрый нагрев ящиков до температуры цементации сразу после посадки их в печь не рекомендуется, так как вследствие большой разницы температур между центром и краями ящика глбина цементации будет неодинакова. Продолжительность выдержки в зависимости от глубины цементуемого слоя приведена в табл. 12.

Окончание процесса цементации определяют по излому закалённого свидетеля. Один из свидетелей вынимается из ящика и закаливается примерно за час до предполагаемого окончания цементации, а второй - к моменту выгрузки.

Глубину цементованного слоя лучше всего определять путём травления излома закалённого свидетеля реактивом, состоящим из 100 см 3 денатурированного спирта, 1 см 3 соляной кислоты и 2 г хлористой меди.

Продолжительность травления - одна минута. Места не цементованные покрываются медью.

Охлаждение ящиков после цементации производят на воздухе. Распаковка горячих ящиков не рекомендуется, так как это не безопасно в противопожарном отношении и не экономно расходуется карбюризатор.

Газовая цементация

Процесс газовой цементации, разработанный советскими учёными Н. А. Минкевичем, С. К. Ильинским и В. И. Просвириным, осуществляется путём нагрева деталей в атмосфере газов, содержащих углерод. По сравнению с цементацией в твёрдом карбюризаторе цементация в газовом карбюризаторе имеет следующие преимущества: отпадает необходимость приготовления карбюризатора; сокращается время пребывания ящика с деталями в печи; уменьшается количество требуемой рабочей силы и площадей цеха и значительно улучшаются условия труда. Детали, подлежащие цементации, закладывают в муфель печи, подогретый до 900-950°, герметически закрывают и подают газ.

Для газовой цементации применяются: 1) естественный газ (дашавский, саратовский, приазовский); 2) искусственный газ; 3) генераторный газ и т. п.

Из искусственных газов наибольшее применение получил газ, приготовляемый путём разложения нефтепродуктов. Процесс приготовления газа таков: керосин подаётся каплями в нагретый стальной сосуд и там разлагается на смесь газов (процесс разложения называется пиролизом). Часть пиролизного газа подвергают дополнительной обработке - крекинг-процессу, при котором изменяется состав газа, так как при цементации одним пиролизным газом получаются плотные отложения сажи на деталях, малая глубина цементации и т. д. Для цементации применяют смесь из 40% пиролизного газа и 60% крекированного газа.

Термическая обработка цементированных изделий

Цементованные детали подвергаются закалке и отпуску. Закалку производят двойную или одинарную. При двойной закалке первая производится при температуре 860 -900° для улучшения структуры сердцевины, а вторая при температуре 760 -800° для придания твёрдости наружному слою.

На некоторых заводах считают рациональным производить одинарную закалку при температуре 760-800°. Инструменты, подвергающиеся цементации, должны обладать высокой твёрдостью и поэтому для них можно ограничиться одинарной закалкой, кроме случаев, оговоренных в технологии. После закалки изделия подвергают низкотемпературному отпуску для снятия внутренних напряжений. Инструмент, проходящий газовую цементацию, можно калить непосредственно из муфеля цементационной печи, слегка остудив его на воздухе.

Азотирование и цианирование

Азотирование. Процесс азотирования заключается в насыщении поверхностного слоя стали азотом. В результате азотирования этот слой приобретает весьма высокую твёрдость и сохраняет её при нагреве до 530-550°. Для азотирования применяют главным образом сталь, содержащую алюминий, хром и молибден.

Процесс азотирования заключается в пропускании аммиака через герметически закупоренный муфель, в котором находится деталь. Температура азотирования 500-600°. Газ, состоящий из азота и водорода, при этой температуре разлагается на составные части, из которых азот проникает в сталь, а водород удаляется из печи. Диффузия азота в сталь происходит очень медленно - в течение 40 -90 час. Большая длительность процесса и хрупкость азотированного слоя являются недостатками этого вида обработки.

Цианирование. Процесс насыщения поверхностного слоя стали азотом и углеродом называется цианированием. Различают два вида цианирования: высокотемпературное-при 750 -850° и низкотемпературное -при 530-560°. В инструментальном деле применяют в основном низкотемпературное цианирование инструментов, изготовленных из быстрорежущей стали для повышения их стойкости. Цианирование производится в жидкой, газовой и твёрдой средах.

Жидкое цианирование производится в расплавленных цианистых солях. Глубина цианирования зависит от состава ванны и продолжительности выдержки.

Цианированию подвергается окончательно обработанный и заточенный инструмент, поэтому процесс следует вести тщательно как в части соблюдения температур, так и в части осторожного обращения с инструментом.


Газовое цианирование производится в смеси аммиака с газом, содержащим углерод. Детали загружаются в муфель печи, нагретый до 530-560°, затем в него подаются аммиак и газ, содержащий углерод, после чего печь герметически закрывается. При температуре 530-560° происходит разложение газов с выделением азота и углерода, которыми насыщается поверхность стали. В качестве газа, содержащего углерод, применяют природный, генераторный, пиролизный газы и т. п. Смесь для газового цианирования обычно состоит из 15-40% аммиака и 60-85% газа, содержащего углерод. Продолжительность выдержки в печи колеблется от 45 мин. до 2,5 часа и зависит от размера инструмента.

Твёрдое цианирование производится в смеси сухого древесного угля (60-70%) и жёлтой кровяной соли (30-40%). Приготовление смеси, упаковка в ящики и обмазка производятся так же, как и прп цементации. Продолжительность выдержки от 1 до 3 час. в зависимости от размеров инструмента. По окончании выдержки ящик охлаждается на воздухе до температуры 100-200°, после чего распаковывается.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Сталь 10

Расшифровка марки стали 10: цифра 10 означает, что это конструкционная сталь и в среднем в марке содержится 0,10% углерода, а остальные примеси незначительны.

Особенности конструкционной стали марки 10: среди различных методов механико-термической обработки, направленных на получение оптимальной субструктуры, обеспечивающей повышение сопротивления ползучести и жаропрочности металлов и сплавов, наибольший эффект улучшения свойств железа и стали получен в результате так называемой многократной механико-термической обработки (ММТО). Последняя заключается в многократном деформировании металла растяжением на полную длину площадки текучести, чередующемся со старением при 100-200° С (для железа и его сплавов). ММТО снижает скорость ползучести стали 10 при 400° С на несколько порядков и значительно повышает кратковременную прочность (предел текучести в 2,5 раза, предел прочности на 65-70%) в сравнении с отожженным состоянием.

Наблюдаемые эффекты авторы объясняют созданием в результате ММТО стабильной дислокационной структуры благодаря последовательному блокированию атмосферами Коттрелла приграничных дислокационных скоплений высокой плотности, возникающих после каждого цикла обработки.

В связи с эффективным влиянием ММТО на сопротивление ползучести и механические свойства ОЦК металлов было исследовано изменение сопротивления микропластическим деформациям углеродистой стали после этой обработки.

ММТО проводили на цилиндрических образцах при растяжении и сжатии, а также при растяжении на листовых образцах толщиной 0,5 мм. Из последних затем вырезали образцы для релаксационных испытаний при чистом изгибе. Помимо режима ММТО с промежуточным старением при 200° С в качестве оптимального, была исследована эффективность ММТО с дополнительным дорекристаллизационным отжигом при различных температурах.


В сравнении с исходным состоянием после трехкратной деформации на площадке текучести с промежуточным старением при 200° С существенно повышаются предел упругости и предел текучести (до 60%) при незначительном увеличении предела прочности (на 6%).

Наибольшее повышение предела упругости наблюдается после дополнительного отжига образцов при 300° С (для стали 10) и 370° С (для стали 35). При этом предел упругости возрастает почти в 2 раза по сравнению со значениями после ММТО. Пределы текучести и прочности не изменяются. Повышение температуры дополнительного отжига после ММТО до 500° С приводит к понижению предела упругости в сравнении с оптимальными значениями.


Исследование релаксационной стойкости методом свободного изгиба показало, что образцы, подвергнутые ММТО, обладают более низкой релаксационной стойкостью при 150° С, чем в исходном состоянии (после отжига). Дополнительный отжиг образцов после ММТО при 300-500° С позволяет резко повысить релаксационную стойкость сталей 10 и 35. Падение напряжений в образцах за 3000 ч после дополнительного отжига при 400° С для стали 10 и при 500° С для стали 35 уменьшается в 10-30 раз в сравнении с образцами после ММТО без дополнительного отжига. При этом максимальная релаксационная стойкость получена при несколько более высоких температурах дополнительного отжига после ММТО, чем максимальные значения предела упругости.

Полученные экспериментальные данные позволяют предположить, что низкая релаксационная стойкость образцов после ММТО связана с недостаточной стабильностью тонкой структуры металла. Дополнительный дорекристаллизационный отжиг после ММТО позволяет более полно стабилизировать структуру и, таким образом, резко повысить сопротивление металла микропластическим деформациям при кратковременном и длительном нагружениях.

Исследование амплитудно-зависимого внутреннего трения подтвердило это предположение.

После дополнительного отжига понижается фон внутреннего трения и величина критической амплитуды. Для стали 10 величина последней составляет:


Более низкий фон внутреннего трения и большая величина критической амплитуды деформации после дополнительного отжига образцов свидетельствуют о том, что получена более стабильная дислокационная структура, чем после ММТО (без дополнительного отжига).

Известно, что при деформационном упрочнении металлов проявляется эффект Баушингера, заключающийся в снижении сопротивления течению при перемене направления деформирования.

Для оценки зависимости свойств от направления деформации в процессе ММТО были исследованы свойства углеродистой стали при растяжении после упрочнения как растяжением, так и сжатием, т. е. испытания образцов проводили в направлении, соответствующем и противоположном деформированию при упрочнении.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о сильной зависимости свойств образцов сталей 35 и 10 после ММТО от соответствия направлений деформаций при упрочнении и испытании. После трехкратной деформации растяжением на площадке текучести с промежуточным старением при 200° С пределы упругости и текучести возрастают более чем в 1,5 раза в сравнении с исходным состоянием. После трехкратной деформации сжатием также с промежуточным старением при 200° С предел упругости и механические свойства образцов из стали 35 практически остаются без изменения, а предел упругости образцов из стали 10 понижается в сравнении с исходным состоянием.

Промежуточное старение при ММТО (при 200° С) мало изменяет указанную зависимость свойств от соответствия направлений деформаций при упрочнении и испытании. Эта зависимость одинаково четко проявляется на образцах после трехкратной деформации без промежуточного старения и с промежуточным старением.

Проведение дополнительного отжига после ММТО, стабилизируя тонкую структуру, а также снимая локальные перенапряжения в микрообъемах и их направленность, частично ликвидирует указанную зависимость свойств от соответствия направлений деформаций при упрочнении и испытании. В связи с этим после упрочнения при ММТО с дополнительным отжигом значительно повышаются предел упругости и релаксационная стойкость в сравнении с образцами без дополнительного отжига.

Таким образом, исследования показали, что посредством ММТО можно значительно повысить сопротивление стали микропластическим деформациям при кратковременном и длительном нагружениях. Однако в отличие от режима ММТО, являющегося оптимальным для повышения характеристик жаропрочности, усталости и статической прочности, режим ММТО для повышения сопротивления микропластическим деформациям должен быть откорректирован в направлении дальнейшего повышения степени стабильности структуры металла. В частности, для сталей 10 и 35 проведение после ММТО дополнительного отжига при 300-500° С позволяет более полно стабилизировать тонкую структуру и значительно повысить характеристики сопротивления микропластическим деформациям металла.

По-видимому, для получения высоких показателей сопротивления микропластическим деформациям недостаточно обеспечить только блокирование дислокационных скоплений, возникающих при ММТО с промежуточным старением при 100-200° С, а необходимо произвести перераспределение дислокаций в этих скоплениях в энергетически более выгодные положения посредством более полного отдыха.

Краткие обозначения:
σв - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа
ε - относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05 - предел упругости, МПа
Jк - предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2 - предел текучести условный, МПа
σизг - предел прочности при изгибе, МПа
δ5410 - относительное удлинение после разрыва, %
σ-1 - предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 и σсж - предел текучести при сжатии, МПа
J-1 - предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν - относительный сдвиг, %
n - количество циклов нагружения
s в - предел кратковременной прочности, МПа R и ρ - удельное электросопротивление, Ом·м
ψ - относительное сужение, %
E - модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV - ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2 T - температура, при которой получены свойства, Град
s T - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа l и λ - коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB - твердость по Бринеллю
C - удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)]
HV
- твердость по Виккерсу pn и r - плотность кг/м 3
HRCэ
- твердость по Роквеллу, шкала С
а - коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С
HRB - твердость по Роквеллу, шкала В
σ t Т - предел длительной прочности, МПа
HSD
- твердость по Шору G - модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

Сталь 10 - конструкционная углеродистая качественная сталь, сваривается без ограничений. Сварка осуществляется без подогрева и без последующей термообработки, способы: ручная дуговая сварка, автоматическая дуговая сварка под флюсом и газовой защитой, КТС, ЭШС.

Пластичность металла позволяет использовать их для изготовления штампованных частей и деталей. Для выпуска промышленного количества товара осуществляется технология холодной штамповки. Не склонна к флокеночувствительности, склонность к отпускной хрупкости отсутствует. Твердость стали 10: HB 10 -1 = 143 МПа. Обрабатываемость резанием В горячекатанном состоянии при НВ 99-107 и σB = 450 МПа, Kυ тв.спл. = 2,1, Kυ б.ст. = 1,6. Нашла свое применение в производстве труб и крепежных деталей котлов и трубопроводов ТЭЦ, из стали 10 изготавливают трубные крепежные детали АЭС, крепежные детали паровых и газовых турбин. При применении химико-термической обработки спектр применения резко расширяется, из нее изготавливают втулки, ушки рессор, диафрагмы, шайбы, винты, детали работающие до 350 °С к которымпредъявляются требования высокой поверхностной твердости и износоустойчивости при невысокой прочности сердцевины. Высокий предел выносливости определяет применение материала при изготовлении ответственных деталей, которые предназначены для длительной работы. Ковку производят при температурном режиме от 1300 до 700 0 С, охлаждение на воздухе.

Расшифровка стали марки 10

Расшифровка стали: Получают конструкционные углеродистые качественные стали в конвертерах или в мартеновских печах. Обозначение этих марок сталей начинается словом «Сталь». Следующие две цифры указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента, цифры 10 обозначают содержание его около 0,1 процента.

Химичский состав сталь 10

C Si Mn Ni S P Cr Cu As
0.07 - 0.14 0.17 - 0.37 0.35 - 0.65 до 0.3 до 0.04 до 0.035 до 0.15 до 0.3 до 0.08

Температура критических точек сталь 10

Критическая точка Температура
Ac1 724
Ac3(Acm) 876
Ar3(Arcm) 850
Ar1 682

Механические свойства сталь 10

Механические свойства сталь 10 при повышенных температурах

Температура испытаний, °С σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (кДж / м 2 )
нормализация 900-920 °С
20 260 420 32 69 221
200 220 485 20 55 176
300 175 515 23 55 142
400 170 355 24 70 98
500 160 255 19 63 78

Читайте также: