Какие физико-химические процессы происходят в доменной печи при производстве чугуна? (стр. 2 )

Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняет движение отдельных новых дислокаций, а, следовательно, повышает сопротивление деформации и уменьшает пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотности дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.

Повышение долговечности деталей машин методом поверхностного пластического деформирования (ППД) или поверхностного наклепа широко используется в промышленности для повышения сопротивляемости малоцикловой и многоцикловой усталости деталей машин. На рисунке 3 приведены схемы различных ППД.

Рисунок 3: Схемы поверхностной пластической деформации

а – дробеструйная упрочняющая обработка; б – чистовая обработка – обкатываем шаром; в – обработка дорнованием; г – центробежно-шариковая чистовая обработка; д – обработка чеканкой; е – упрочнение взрывом; ж - упрочнение виброобкатыванием; з – алмазное выглаживание

Поверхностное упрочнение достигается:

1) дробеструйным наклепом за счет кинетической энергии потока чугунной или стальной дроби; поток дроби на обрабатываемую поверхность направляется или скоростным потоком воздуха, или роторным дробеметом (рис. 2, а);

2) центробежно-шариковым наклепом за счет кинетической энергии стальных шариков (роликов), расположенных на периферии вращающегося диска; при вращении диска под действием центробежной силы шарики отбрасываются к периферии обода, взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью и отбрасываются в глубь гнезда;

3) накатываем стальным шариком или роликом (60 HRC) (рис. 2, б); передача нагрузки на ролик может быть с жестким и упругим контактом между инструментом и обрабатываемой поверхностью;

4) алмазным выглаживанием оправкой с впаенным в рабочей части алмазом (рис. 2, з); оно позволяет получать блестящую поверхность с малой шероховатостью.

На практике наклеп используют для изготовления: пружин, сверл, валов, зубчатых колес, автомобильных деталей, деталей огнестрельного оружия и т. п.

49.  Изобразите диаграмму состояния сплавов системы алюминий - кремний, постройте кривую охлаждения для сплава с 8% кремния и проанализируйте ее с применением правила фаз.

Рис.4. Диаграмма состояния системы Al – Si

Диаграмме состояния Al—Si посвящено большое число исследований. Эта система относится к простому эвтектическому типу с небольшой растворимостью компонентов друг в друге в твердом состоянии.

На вставках показана растворимость компонентов в твердом состоянии на основе Аl и на основе Si. Максимальная растворимость Si в твердом (Аl) составляет 1,5±0,1 % (ат.) при эвтектической температуре 577 °С. растворимость А1 в (Si) носит ретроградный характер, максимальное ее значение равно 0,016±0,003 % (ат.) при температуре 1190 °С. Эвтектическая точка расположена при содержании 12,2±0,1 % (ат.) Si.

Кремний вводят в алюминиевые сплавы в виде специальной добавки или он присутствует как примесь.

Присадка кремния в алюминий позволила создать группу литейных бинарных сплавов типа силумин (эвтектического состава), которым присущи хорошие литейные свойства: высокая жидкотекучесть и герметичность при повышенной коррозионной стойкости.

Горячеломкость. Малолегированные сплавы Al-Si (1…2% Si) при сварке обладают высокой сопротивляемостью к образованию кристаллизационных трещин. С увеличением содержания кремния (от 0,4 до 2%) значение коэффициента трещинообразования (К) достигает 2…3%.

Механические свойства. Из-за отсутствия упрочняющих фаз сплавы Al-Si инертны к термической обработке.

Введение кремния в алюминий до 2,0% повышает его прочностные характеристики и снижает его пластичность.

Коррозионная стойкость. Сплавы Al-Si и их сварные соединения имеют высокую коррозионную стойкость. Кремний не ухудшает коррозионную стойкость алюминия и его сплавов. По коррозионной стойкости занимают промежуточное положение между дуралюминами и магналиями.

С повышением содержания кремния в сплавах до 2% при испытании сварных образцов отмечена их высокая коррозионная стойкость.

Нашли свое основное применение в:

авиастроении; вагоностроении; автомобилестроении и строительстве сельскохозяйственных машин для изготовления картеров, деталей колес, корпусов и деталей приборов.

70. Приведите современную классификацию видов термической обработки. Поясните назначение каждого вида.

Собственно термическая обработка не предусматривает какого-либо иного воздействия, кроме температурного. Если при нагревах изменяется состав металла (сплава) - его поверхностных слоев в результате взаимодействия с окружающей средой, то такая термическая обработка называется химико-термической (ХТО), а если наряду с температурным воздействием производится еще и деформация, вносящая соответствующий вклад в изменение структуры, то такая термическая обработка называется деформационно-термической (виды: термомеханическая - ТМО, механотермическая - МТО и др.).

Классификация термической обработки представлена на рис. 22.

Рис. 3 Классификационная схема основных видов термической обработки.

Виды собственно термической обработки приведены ниже.

Отжиг I рода - нагрев металла, который имеет неустойчивое состояние в результате предшествовавшей обработки (кроме закалки), приводящий металл в более устойчивое состояние. Основные подвиды: гомогенизационный отжиг, рекристаллизационный отжиг, отжиг для снятия внутренних напряжений. Отжиг II рода - нагрев выше температуры превращения с последующим медленным охлаждением для получения стабильного структурного состояния сплава.

Закалка с полиморфным превращением - нагрев выше температуры полиморфного превращения с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения структурно-неустойчивого состояния (в пределе - фиксирования устойчивого состояния при высокой температуре). Отпуск - нагрев закаленного (с полиморфным превращением) сплава для получения более стабильного состояния. Закалка без полиморфного превращения - нагрев до температур, вызывающих структурные изменения (чаще всего для растворения избыточной фазы) с последующим быстрым охлаждением для получения структурно-неустойчивого состояния - пересыщенного твердого раствора).

Старение - нагрев (или длительная выдержка при комнатной температуре), вызывающий превращения в закаленном (без полиморфного превращения) сплаве и приближающий его состояние к более устойчивому. Химико-термическая обработка классифицируется по насыщающему элементу - углероду (цементация), азоту (азотирование) и т. д. Разные виды деформационно-термической обработки разделяются в зависимости от характера фазовых превращений и способа деформации, причем существенное значение имеет, до или после деформации происходит превращение (ТЛЮ и МТО соответственно), а также выше или ниже температуры рекристаллизации производилась деформация (ВТМО и НТМО соответственно).

94. Изложите, влияние различных видов термической обработки на свойства конструкционной стали.

Термическая обработка конструкционных сталей (закалка с последующим отпуском), резко повышающая усталостную прочность на воздухе, или совсем не влияет, или оказывает лишь малое влияние на коррозионно-усталостную прочность в растворах электролитов.

Термическая обработка борсодержащих конструкционных сталей проводится, для всех сталей закалка проводится в масле, температура отпуска для стали 40ХГТР 550 С, для остальных сталей - 200 С.

Режим термической обработки конструкционных сталей определяется главным образом содержанием углерода. Закалка стали на мартенсит - это первый этап термической обработки конструкционной стали. Низкая пластичность, значительные внутренние напряжения не допускают применения конструкционной стали только в закаленном состоянии. Необходим отпуск, повышающий пластичность и вязкость и уменьшающий внутренние напряжения.

Применяемые режимы термической обработки конструкционных сталей определяются, главным образом, содержанием углерода.

Отпуск - завершающая операция термической обработки конструкционной стали, окончательно формирующая ее свойства.

Поэтому термическое улучшение является наиболее широко применяемым методом термической обработки конструкционной стали.

102. Охарактеризуйте свойства, структуру, приведите примеры применения сплавов с особыми тепловыми свойствами.

Стали и сплавы с особыми свойствами

К этому классу относятся стали и сплавы, обладающие характерными, присущими только им свойствами, и находящие применение в практике соответственно этим свойствам в особых случаях (почему их называли раньше также сталями особого назначения). В зависимости от характера свойств различают следующие группы сталей:

1) нержавеющую сталь;

2) жаростойкую и жаропрочную сталь;

3) сталь с высоким сопротивлением износу;

4) сталь и сплавы с определенными магнитными свойствами;

5) сплавы высокого электрического сопротивления;

6) сплавы с особыми тепловыми свойствами.

Свойства стали и сплавов зависят от их химического состава, состояния и структуры. Поскольку кардинальное изменение указанных свойств в полезном направлении достигается лишь в результате введения в сталь значительных количеств легирующих элементов, для стали с особыми свойствами, как правило, характерно высокое содержание легирующих элементов.

Если при этом сталь легируется элементами группы никеля, которые, как известно, расширяют область твердого раствора (аустенита) и понижают мартенситную точку М, будем получать стали аустенитного класса. Если же сталь легируется элементами группы хрома, замыкающими область твердых растворов, при незначительном содержании углерода, будут получаться стали ферритного класса.

К этим двум классам относится большая часть сталей с особыми свойствами.

Наряду со сталью, особыми свойствами обладают также некоторые сплавы легирующих элементов, в которых железо содержится в незначительных количествах или даже совершенно отсутствует; углерод же иногда присутствует лишь как неизбежная и даже вредная примесь. Понятно, что их уже нельзя считать сталью и необходимо рассматривать как сплавы с особыми свойствами.