Свободный ( в виде графита различной формы), все чугуны , кроме белого.

2. Связанный (в виде цементита) - белый чугун.

Б. По форме включений графита:

Пластинчатый – серый чугун.

Хлопьевидный – ковкий чугун.

Шаровидный – высокопрочный чугун.

 В. По структуре

1. Белый, 2.Серый. 3.Ковкий;

 

 Г.по химическому составу –

1. Легированный (специальнонго назначения)

 2. Нелегированный (общего назначения).

 

Д. По типу структуры металлической основы (основы):

1. Ферритный. 2. Перлитный(Ф+Ц). 3. Ферритно – перлитный. (Ф+П).

                                     111. ВИДЫ ЧУГУНОВ.

Серый (Пластинчатый)         Ковкий (хлопьевидный)              Высокопрочный (шаровидный)

А. БЕЛЫЙ ЧУГУН. (БЧ)

1. Это такой чугун, в котором большая часть углерода химически соединена с железом в виде цементита Fe₃C.(карбид железа).

2. Цементит имеет светлый цвет, обладает большой твердостью (800 НВ) и хрупкостью.

3.Поэтому белый чугун также имеет в изломе светло-серый, почти белый цвет, очень тверд, не поддается механической обработке и сварке, поэтому ограниченно применяется в качестве конструкционного материала.

4. Общие сведения используются для:

 а) получения ковких чугунов. (При длительном обжиге белого чугуна цементит в нем распадается и углерод выделяется в свободное состояние.), 

б) на переплавку в сталь.

5. Удельный вес 7,4 – 7,7г/смз;

6. Температура плавления 1100 – 1150*С.

 

Б. Серый чугун (СЧ).

1.Это литейный чугун поступает в виде заготовок, в котором большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита(пластинчатого типа).

2. Серый чугун мягок, хорошо сопротивляется износу, хорошо обрабатывается режущим инструментом, имеет хорошие демпфирующие свойства(гасит вибрации в 2-4 раза лучше стали) – поэтому применяется для изготовления фундаментов, рам кузнечных прессов, крупных эл. машин, к. валов.

3. В изломе имеет темно-серый цвет (чем темнее тем мягче).

4. Температура плавления серого чугуна 1200-1250°С. Удельный вес 6,6 -7,4г/см3.

- Чем больше в чугуне углерода, тем ниже температура его плавления и выше жидкотекучесть.

5. Прочность серого чугуна с пластинчатым графитом при растяжении находится в пределах 120...440 МПа, твердость 140...290 НВ.

6. Структура серых чугунов в зависимости от состава и условий охлаждения может быть с перлитной, перлитно-ферритной и ферритной основой.

7. По ГОСТ 1412-79 марку серого чугуна обозначают буквами СЧ и двумя числами СЧ – 35 - 46 из которых первое обозначает величину временного сопротивления чугуна при растяжении в МН/м²(например 35=35кг/мм2 = 350МПа =3500кг/см2) второе - то же, при изгибе (46= 46кг/мм2=460МПа=4600кг/см2).

 

 

В. Ковкий чугун (кч)

1. Получают из белого чугуна термической обработкой - длительной выдержкой при температуре 800-850°С.(отжиг).

1.1. Отливку медленно нагревают (в течении 20-25часов)до температуры 950-1000*С.

1.2. Выдерживают при этой температуре 10-15часов.

1.3. Снижают до температуры 720-740*С и выдерживают 25-30 часов.

2. При этом углерод в чугуне выделяется в виде хлопьев свободного углерода, располагающихся между кристаллами чистого железа.

3. В зависимости от режима термической обработки получают ковкий чугун ферритной или перлитной структур

4. Ковкий чугун обозначают буквами КЧ и двумя числами: первое - указывает временное сопротивление при растяжении, МН/м, второе - относительное удлинение, %.

5. Ковкий чугун по сравнению с серым чугуном обладает более высокой прочностью (300... 630 МПа), пластичностью и ударной вязкостью. Ковкий чугун имеет однородные свойства по сечению, в его отливках отсутствуют напряжения, ему присущи высокие механические свойства, он хорошо обрабатывается и применяется в автомобильной. с/х, текстильной промышленности

6. Состав основных элементов в ковком чугуне (в %): 2,3...3 С; 0,9... 16 Si; 0,3... 1,2 Мn; >0,15 Р и S

 

Г. Высокопрочный чугун (вч)

1. Получают из серого чугуна специальной обработкой - введением в жидкий чугун в электрической печи при температуре не ниже 1400°С чистого магния (Mg) или его сплавов.

2.В высокопрочном чугуне (ГОСТ 7293-85) углерод находится в виде шаровидного графита.    

3. Содержание основных элементов в таких чугунах составляет (в %): до 38 С; 2.9 Si; 0,9 Мn; 0,1 Сг; 0,02 S; 0,1 Р; 0,08 Mg.

4. Чугуны с шаровидным графитом значительно превосходят по характеристикам серые чугуны. в частности по износо-, жаро- и коррозионной стойкости.

5.Применяется для деталей прокатных станов, кузнечно – прессового обордования, к. валов.

6. Предел прочности до 650 МПа. Б=12%.(относительное удлинение)  

7 Высокопрочный чугун обозначают буквами ВЧ и двумя числами: первое - указывает временное сопротивление при растяжении, МН/м, второе - относительное удлинение, %.

Д. Легированные чугуны

1. Имеют специальные примеси Сr, Ni, благодаря которым повышаются его кислотостойкость, прочность при ударных нагрузках и др.

2. Классификация чугунов легированных:

2.1. жаростойкие хромовые чугуны, (алюминий, титан, молибден, вольфрам, хром).

2.2. коррозионно-стойкие чугуны, (хром, никель, медь).

2.3.износостойкие чугуны (кремний, титан, молибден. вольфрам)

2.4.другие.

3. Такие чугуны легируются хромом, никелем, кремнием, магнием, медью и другими элементами.

4. В легированных чугунах с содержанием до 10 % Ni, Сr и Мn и более имеют место перлитно-карбидные, бейнитные, мартенситные и аустенитные основы.

5. Магнитные чугуны: -

Применяют для изготовления корпусов эл. машин, рам, щитов,;

4. Немагнитный чугун

Применяют для изготовления кожухов и бондажей эл. машин. Состав (7-10% Мп +7-9% никеля)

5. Аустенитный чугун – кислотостойкий, жаропрочный, легируют никелем, хромом, медью, молибденом, ванадиеим.

6. НИРИЗИТ = 14% никеля + 2%хрома + 7% меди. – кислотостойкий.

7. Чугаль – жаростойкий = 20-25% алюминия.

 

                                        Тема №5. СТАЛИ.

                            1. Общие сведения.

1. Сталь представляет собой сплав железа и углерода с незначительным содержанием кремния, марганца, фосфора и серы.

2. В углеродистой стали, в отличие от нержавеющей, отсутствуют легирующие элементы (молибден, хром, марганец, никель, вольфрам)

3. Свойства углеродистой стали сильно изменяются в зависимости от незначительного изменения содержания углерода. С ростом содержания углерода растут твердость и прочность стали, а ударная вязкость и пластичность снижаются. Содержание углерода от 0,02 до 2.14%. При содержании углерода более 2,14% сплав называется чугуном. Эвтектика стали =0,8%.

             11. Классификация углеродистых сталей

А. В зависимости от химического состава сталь бывает углеродистая и легированная.

1. Углеродистая сталь делится на:

• низкоуглеродистую (содержание углерода до 0,25%)
• среднеуглеродистую (содержание углерода от 0,25 до 0,45%)
• высокоуглеродистую (содержание углерода от 0,45до 0,75%).

Сталь, в составе которой кроме углерода имеются легирующие компоненты (хром, никель, вольфрам, ванадий и т. д.), называется легированной.

2. Легированные сталибывают:

• низколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, менее 2,5%)
• среднелегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, от 2,5 до 10%)
• высоколегированные (суммарное содержание легирующих компонентов, кроме углерода, более 10%).
• Если содержание элементов не превышает значение; - кремния -0,35%; марганца-0,8%; Хрома. Меди. Никеля – 0.3% то это не лигированные добавки, а полезная примесь. Если больше, то легирующая добавка для придания особых свойств:
• Коррозийностойкость – никель, титан, хром, ниобий, медь.
• Жаростойкость  - алюминий, вольфрам, молибден, ванадий.
• Прочность – кремний, никель, вольфрам, титан.
• Износостойкость - кремний, вольфрам, титан

           Б. По способу производства (ПО КАЧЕСТВУ).

1. Обыкновенного качества с содержанием серы до 0,6 % и фосфора до 0,7%.

Существует 3 группы сталей обыкновенного качества:

· Группа А. Поставляется по механическим свойствам без регламентации состава сталей. Стали эти обычно используются в изделиях без последующей обработки давлением и сваркой. Чем больше число условного номера, тем выше прочность и меньше пластичность стали.

· Группа Б. Поставляется с гарантией химического состава. Чем больше число условного номера, тем выше содержание углерода. В дальнейшем могут обрабатываться ковкой, штамповкой, температурным воздействием без сохранения начальной структуры и механических свойств.

· Группа В. Могут свариваться. Поставляются с гарантией состава и свойств. Эта группа сталей имеет механические свойства в соответствии с номерами по группе А, а химический состав – с номерами по группе Б с коррекцией по способу раскисления.

2. Качественную с содержанием серы до 0,030 % и фосфора до 0,035%. Сталь имеет повышенную чистоту и обозначается буквой А после марки стали.

3. Высококачественные содержание серы и фосфора не более 0,025%. Сталь имеет повышенную чистоту и обозначается буквой А после марки стали.

4. Особовысококачественные содержание серы и фосфора не более 0,015%. Сталь имеет повышенную чистоту и обозначается двойной буквой АА после марки стали.

 

          В. По назначению стали могут быть:

1. Строительные для изготовления строительных конструкций.

2. Машинострои­тельные (конструкционные) – для изготовления конструкций, приборов, деталей машин, из них выделяют: -цементуемые; - автоматные (для ЧПУ); -улучшаемые; - высокопрочные; - рессорно-пружинные; - арматурные; - подшипниковые.

3. Инструментальные для изготовления измерительного и режущего инструмента (резец, сверло)

4.Стали с осо­быми физическими свойствами – коррозийностойкие, жаростойкие.

                  Г. По степени раскисления.

1. СП - спокойные. Раскисляются марганцем, алюминием, кремнием почти полностью, пластичные, застывают спокойно, без газовыделения.

 

2. КП – кипящие. Раскисляются только марганцем, но не полностью. Перед разливкой имеют много кислорода, который реагирует с углеродом, образуя окись углерода. При застывании слитка окись углерода выходит наружу в виде пузырьков (кипит). Свариваются плохо, идет на штамповку.

3. ПС – полуспокойные. Занимают среднее положение между КП и СП.

      Д. Обозначение сталей по позициям.

           1 -- 2 -- 3 -- 4 -- 5 - 6

          В Ст3г ПС  5 Х2С   А

 

1я позиция – группа стали по качеству.

2я позиция – символ стали,содержание углерода (0,3%) и 1% марганца.

3я позиция – степень раскисления.

4я позиция – категория стали (для группы А - 6 категорий; для группы Б – 2 категории; для группы В – 6 категорий).

5я позиция – дополнительные элементы - полезные примеси. (см. таблицу ниже.)

6я позиция – чистота по сере и фосфору.

 

 

          Тема № 6. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ.

 

                                    1. Сущность Т.О.

 

1. Термической обработкой называется совокупность операций: - нагрева,                - выдержки, - охлаждения металлов и сплавов, находящихся в твердом, подогретом состоянии, с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры.

2. Т.О. используется в качестве:

2.1. Промежуточной операции для улучшения: - обрабатываемости резанием; - давлением.

2.2. Как окончательная операция: - для придания особых свойств (прочность, пластичность, коррозийностойкость, жаростойкость).

Факторы Т.О.

-температура, время выдержки, скорость нагрева и охлаждения, среда нагрева и охлаждения.

 

                                     11. Виды Т.О.

Различают три основных вида Т.О. металлов: - Собственно Т.О. – Химико – термическая обработка; - Термомеханическая обработка.

1. Собственно термообработка: предусматривает только температурное воздействие на металл в обычной среде.

- К ней относятся: отжиг, отпуск, закалка, нормализация, старение.

2. Химико - термическая обработка: нагрев и охлаждение осуществляется в определенной среде (азот, углерод), в результате которой металл насыщается элементами среды и приобретает особые свойства.

- К ней относятся: цементация, азотирование, цианирование.

 

3. Термо-механическая обработка: металл подвергается температурной обработке и одновременно температурному воздействию. 

 

                 111. Собственно термическая обработка.

 

                                     А. ОТЖИГ.

1. Это т.о. при которой металл нагревается до определенной температуры (350-1100*С), выдерживается при ней, а затем медленно охлаждается в термопечи.

 

2. Цель–получение менее твердой структуры, свободной от остаточных деформаций.

 

                                     Б. ОТПУСК.

1. Это заключительная операция т.о.

2. Заключается в нагреве до 150 – 727*С, выдержке и охлаждении.

3. Цель: снятие остаточных деформаций после закалки или сварки.

 

                                   В. ЗАКАЛКА.

1. Нагрев до температуры, выше фазовых превращений(1147*С). Выдержка при ней и быстрое охлаждение.

2. Цель: получение высокой твердости.

 

                                 Г. НОРМАЛИЗАЦИЯ.

1. Это разновидность отжига с охлаждением на свободном воздухе.

2. Скорость охлаждения чуть больше обычного отжига.

3. Цель: устранение части крупно - зернистой структуры.

4. Применяется для: - в низкоуглеродистых сталях вместо отжига.

- для среднеуглеродистых сталей вместо улучшения (закалка + глубокий отпуск).

 

                                Д. СТАРЕНИЕ.

1. Это отпуск при невысоком нагреве.

2. Нагревают до 120 – 150*С, выдерживают при ней 10 – 35 часов.

3. Цель – не снижая твердости закаленной стали, стабилизировать размеры деталей. (это искусственное старение).

4. Естественное старение – это выдержка деталей и инструмента при комнатной температуре три и более месяца.

 

                      1У. Термо-механическая обработка.

 

                        А. Термо-механическая обработка.

1. Это сочетание пластической деформации стали в аустенитном состоянии (727-1239*С) с закалкой.

2. После закалки низкотемпературный отпуск при температуре 150-200*С.

3. Цель – получение очень высокой прочности при хорошей пластичности и вязкости.

4. Последовательность операций: деформация, закалка, отпуск.

 

                         Б. Механо-термическая обработка.

1. 1. Сочетает сначала закалку, потом деформирование.

2. Один из видов МТО это патентирование.

3. Патентирование – это термичекая обработка на троостит с последующей деформацией на 90-95%.

- она позволяет достичь предела прочности тонкой проволоки из высокоуглеродистой стали до 5000МПа.

 

                           У. Поверхностное упрочнение стали.

  1. Поверхностная закалка – это вид Т.О. при которой закаливается только поверхностный слой изделия на заданную глубину, а сердцевина остается незакаленной.

 

2.Поверхностный слой обладает высокой твердостью или износостойкостью.

 

3. Методы поверхностной закалки:

3.1.Индукционный нагрев ТВЧ. 3.2. Нагрев газовым пламенем.

3.3.Закалка в электролите. 3.4. Лазерная закалка.

 

4. Толщина закаленного слоя чаще 1-3мм. но можно и 5-10мм.

 

              У1. Химико – Термическая Обработка. (Х.Т.О.)

                         А. Общие положения.

1.ХТО – это тепловая обработка металла в химически активной среде.

 

2. Цель – изменение химических и физических свойств поверхностных слоев

.

3. ХТО основана на диффузии (переходе) атомов различных химических элементов в кристаллическую решетку железа, при нагреве в химической среде.

 

4.Глубина проникновения атомов зависит от: -состава стали; - температуры и времени насыщения.

 

5. Различают виды ХТО:

5.1. Цементация – насыщение углеродом.

5.2. Азотирование – насыщение азотом.

5.3. Цианирование (нитроцементация) – насыщение углеродом и азотом одновременно.

5.4.Диффузионная металлизация – насыщение поверхностного слоя металлами.

                               Б. Цементация.

 

1. Это процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом при температуре 920-950*С. Содержание углерода =0,8-1.0%.

 

2. Далее закалка и низкий отпуск при температуре 150*С.

 

3. Цель – получение твердой, износостойкой поверхности в сочетании с мягкой серцевиной.

 

4. Толщина (глубина) цементуемого слоя 0,5 -2,5мм.

 

5. Науглероживающая среда: - древесный уголь, раствор солей, природный газ.

                                                                              

                               В. Азотирование.

 

1. Это процесс насыщения поверхностного слоя стали азотом в течении 60 часов при температуре 500-600*С. Глубина насыщения 0.3-0.6мм.

 

2. Цель – придание поверхностному слою высокой твердости, коррозийностойкости, износостойкости.

 

3. Азот получают при нагреве аммиака (нашатырный спирт).

 

4. Азотируют только легированные хромом, молибденом, алюминием, титаном стали.

Закалка и отпуск не требуются.

                              Г. Цианирование (нитроцементация).

 

1. Это процесс совместного насыщения поверхностного слоя стали азотом и углеродом.

 

2. Цель – повышение твердости, износостойкости, коррозийностойкости при температуре 500 – 950*С.

2.1. При температуре 500*С, повышается коррозийностойкость.

2.2. При температуре 900*С повышается твердость.

                                 

                                  Д. Диффузионная металлизация.

 

1. Это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя материала различными металлами. Для придания: корозийностойкости и износостойкости.

 

2. Различают виды металлизации:

2.1. Алитирование: насыщение поверхности алюминием, для придания коррозийностойкости и жаростойкости. Толщина слоя 0.2 – 1,0мм.

2.2.Хромирование: насыщение хромом для коррозийностойкости. Толщина слоя 0.2мм.

2.3. Борирование: насыщение бором для твердости. Толщина слоя 0.1мм.

2.4. Силицирование: насыщение кремнием для повышения износостойкости и корозийностойкости. Толщина слоя 0.3 – 1.0мм.

 

                Тема № 7. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ.

 

                     Раздел А. Алюминий и его сплавы.

Чистый алюминий.

 

1. Алюминий - один из самых лёгких металлических конструкционных материалов, его плотность составляет 2,7 г/см3.

 

2. Чистый алюминий имеет невысокую температуру плавления (660ºС), низкую твёрдость, высокую пластичность, хорошую электропроводность (60% от электропроводности меди)

 

 3. Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью к воздействию воды и кислот. Коррозионные свойства объясняются высокой химической активностью алюминия, он быстро окисляется с образованием поверхностной плёнки Al2O3, которая имеет высокую плотность, твёрдость и температуру плавления 2050 градусов.

 

 4. Одним из наиболее ценных свойств алюминия - высокая пластичность и хорошая деформируемость; он хорошо подвергается обработке давлением в холодном и горячем состоянии.

 

5. В связи с этим его используют в сосудах для транспортировки и получения азотной кислоты и т.п.

6. Чистый алюминий редко применяется как конструкционный материал (за исключением использования в качестве электропроводного материала в электротехнической промышленности и в отдельных случаях в химической и пищевой промышленности), что связано с его низкой прочностью.

 

7. Но в результате сплавления с магнием, медью, цинком, кремнием и другими элементами алюминий способен образовывать разнообразные сплавы, обладающие достаточной прочностью и хорошими технологическими свойствами.

 

8. Обозначение алюминевых сплавов: Л – литейный; Мг – магниевые. Д – дуралюминевые. К – для ковки и штамповки. Мц – марганцевые. Ав – авиали.

 

Характеристика сплавов

Маркировка

Система легирования Примечания