Технология материалов. Лекции

прокаливаемости. Отжиг стали на твердость порядка 190 НВ обеспечивает

обрабатываемость  полуфабрикатов резанием и штампуемость деталей в холодном

состоянии. Закалка  деталей подшипника (шариков, роликов  и колец)

осуществляется  в масле с температур 840-860 0С. Перед  отпуском детали

охлаждают до 20-25 0С для обеспечения стабильности их работы (за счет

уменьшения количества остаточного аустенита). Отпуск стали  проводят при 150-

170 0С в течение  1-2 ч.

     Детали  подшипников качения, испытывающие  большие динамические

нагрузки, изготавливают  из сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с последующей их

цементацией и  термической обработкой. Для деталей  подшипников, работающих в

азотной кислоте  и других агрессивных средах, используется сталь 95Х18,

содержащая 0,95 % С и 18 % Cr. 
 

     2.8 Износостойкие стали 

     Износостойкость  деталей обычно в первую очередь обеспечивается

повышенной твердостью поверхности. Однако высокомарганцевая  аустенитная

сталь 110Г13Л (1,25 % С, 13 % Mn, 1 % Cr, 1 % Ni) при низкой начальной

твердости (180-220 НВ) успешно работает на износ в  условиях абразивного

трения, сопровождаемого  воздействием высокого давления и больших

динамических (ударных) нагрузок (такие условия работы характерны для траков

гусеничных машин, щек дробилок и др.). Это объясняется  повышенной

способностью  стали упрочняться в процессе холодной пластической деформации,

равной 70 %, твердость  стали возрастает с 210 НВ до 530 НВ. Высокая

износостойкость стали достигается не только деформационным упрочнением

аустенита, но и  образованием мартенсита с гексагональной или

ромбоэдрической решеткой. При содержании фосфора более 0,025 % сталь

становится хладноломкой. Структура литой стали представляет собой аустенит

с выделившимся по границам зерен избыточными карбидами  марганца, снижающими

прочность и  вязкость материала. Для получения  одно-фазной аустенитной

структуры отливки  закаливают в воде с температуры 1050-1100 0С. В таком

состоянии сталь  имеет высокую пластичность, низкую твердость и невысокую

прочность.

     Изделия,  работающие в условиях кавитационного  износа, изготавливают из

сталей 30Х10Г10, 0Х14Г12М. 

     2.9 Корозионностойкие стали 

     Стали,  устойчивые против электрохимической  коррозии, называются

коррозионно-стойкими (нержавеющими). Устойчивость стали  против коррозии

достигается введением  в нее элементов, образующих на поверхности  плотные,

прочно связанные  с основой защитные пленки, препятствующие

непосредственному контакту стали с агрессивной  средой, а также повышающие

ее электрохимический  потенциал в данной среде.

     Нержавеющие  стали, разделяют на две основные  группы: хромистые и

хромоникелевые.

     Хромистые  коррозионно-стойкие стали применяют  трех типов: с 13, 17 и

27 % Cr, при этом  в сталях с 13 % Cr содержание  углерода может изменяться в

зависимости от требований в пределах от 0,08 до 0,40 %. Структура и

свойства хромистых  сталей зависят от количества хрома и углерода. В

соответствии  со структурой, получаемой при нормализации, хромистые стали

подразделяют  на следующие классы: ферритный (стали 08Х13, 12Х17, 15Х25Т,

15Х28), мартенситно-  ферритный (12Х13) и мартенситный (20Х13, 30Х13,

40Х13).

     Стали  с низким содержанием углерода (08Х13, 12Х13) пластичны, хорошо

свариваются и  штампуются. Их подвергают закалке  в масле (1000-1050 0С) с

высоким отпуском при 600-800 0С и применяют для  изготовления деталей,

испытывающих  ударные нагрузки (клапаны гидравлических прессов) или

работающих в  слабоагрессивных средах (лопатки гидравлических и паровых

турбин и компрессора). Эти стали можно использовать при температурах до 450

0С (длительная  работа) и до 550 0С (кратковременно). Стали 30Х13 и 40Х13

обладают высокой  твердостью и повышенной прочностью. Эти стали закаливают с

1000-1050 0С в  масле и отпускают при 200-300 0С. Эти стали используют для

изготовления  карбюраторных игл, пружин, хирургических  инструментов и т.д.

Высокохромистые стали ферритного класса (12Х17, 15Х25Т и 15Х28) обладают

более высокой  коррозионной стойкостью по сравнению  со сталями, содержащими

13 % Cr. Эти стали  термической обработкой не упрочняются.  Они склонны к

сильному росту  зерна при нагреве свыше 850 0С. Высокохромистые стали

ферритного класса используются часто как окалиностойкие.

     Хромоникелевые  нержавеющие стали в зависимости  от структуры

подразделяют  на аустенитные, аустенитно-мартенситные и аустенитно-

ферритные. Структура  хромоникелевых сталей зависит от содержания углерода,

хрома, никеля и  других элементов.

     Стали  аустенитного класса с 18 % Cr и  9-10 % Ni (12Х18Н9, 17Х18Н9 и

др.) в результате закалки приобретают аустенитную  структуру и

характеризуются высокой пластичностью, умеренной  прочностью, хорошей

коррозионной стойкостью в окислительных средах. Эти стали технологичны

(хорошо свариваются,  штампуются, подвергаются холодной  прокатке и т.д.).

     Стали  12Х18Н9, 17Х18Н9 после медленного  охлаждения из аустенитной

области имеют  структуру состоящую из аустенита, феррита и карбидов. С целью

растворения карбидов, а также предотвращения их выделения  в процессе

медленного охлаждения аустенитные стали нагревают  до 1050-1120 0С и

закаливают в  воде, масле или на воздухе. Аустенитные  стали не склонны к

хрупкому разрушению при низких температурах, поэтому хромоникелевые

коррозионно-стойкие  стали широко используются в криогенной технике для

хранения сжиженных  газов, изготовления оболочек топливных  баков и ракет и

т.д.

     Стали  аустенитно-мартенситного класса (09Х15Н8Ю, 09Х17Н7Ю) получили

широкое применение в основном как высокопрочные. Они  хорошо свариваются,

устойчивы против атмосферной коррозии. С целью  обеспечения достаточной

прочности и  одновременно повышенной коррозионной стойкости сталь 09Х15Н8Ю

подвергается  следующей термической обработке: закалке на аустенит (925-975

0С) с последующей  обработкой холодом (-70 0С) и  старением (350-3800С).

     Эти  стали применяют для изготовления  обшивки, сопловых конструкций  и

силовых элементов  узлов летательных аппаратов.

     Стали аустенитно-ферритного класса (08Х22Н6Т, 03Х23Н6, 08Х21Н6М2Т,

10Х25Н5М2 и др.) содержат 18-30 % Cr, 5-8 % Ni, до 3 % Mo, 0,03-0,10 % С,  а

также добавки Ti, Nb, Cu, Si и Ni. Эти стали после закалки  в воде с 1000-

1100 0С имеют  структуру, состоящую из равномерно распределенных между собой

зерен аустенита  и феррита с содержанием последнего порядка 40-60 %. Эти

стали, применяют  в химическом и пищевом машиностроении, судостроении,

авиации, медицине. 

     2.10 Жаропрочные стали и сплавы 

     Эти  стали, используются при работе под нагрузкой и обладают

достаточной жаростойкостью при температурах выше 500 0С.

     Жаропрочные  стали перлитного класса –  это низколегированные стали

(12Х1МФ, 25Х1М1Ф, 20Х1М1Ф1Бр  и др.), содержащие 0,08-0,25 % С и легирующие

элементы – Cr, V, Mo, Nb. Лучший комплекс механических свойств

обеспечивается  закалкой в масле (или нормализацией) с 880-1080 0С с

последующим высоким  отпуском при 640-750 0С. Стали перлитного класса

используются  для изготовления деталей, длительно  работающих в режиме

ползучести при  температурах до 500-580 0С и малых  нагрузках: это трубы

пароперегревателей, арматура паровых котлов, детали крепежа.

     Стали  мартенситного и мартенситно-ферритного  классов (15Х11МФ,

11Х11Н2В2МФ, 15Х12ВНМФ, 18Х12ВМБФР и др.) используются при температурах до

580-600 0С. Стали  с меньшим содержанием хрома  (до 11 %) принадлежат к

мартенситному классу, а с большим (11-13 %) – к  мартенситно-ферритному.

Стали, закаливают на мартенсит с температур 1000-1100 0С в масле или на

воздухе. После  отпуска при 600-750 0С стали приобретают структуру сорбита.

Стали, используют для изготовления деталей газовых  турбин и паросиловых

установок.

     Аустенитные  стали, обладают большей жаропрочностью, чем мартенситные,

- их рабочие  температуры достигают 700-750 0С. Аустенитные стали пластичны,

хорошо свариваются. По способу упрочнения аустенитные  стали, подразделяют

на три группы:

     1) твердые растворы, не упрочняемые  старением;

     2) твердые растворы с карбидным  упрочнением;

     3) твердые растворы с интерметаллидным упрочнением.

     Стали  первой группы (08Х15Н24В4ТР, 09Х14Н19В2БР) применяют в

закаленном состоянии (закалка 1100-1600 0С, вода или воздух). Эти  стали

используют для  изготовления трубопроводов силовых  установок высокого

давления, работающих при 600-700 0С.

     Аустенитные  жаропрочные стали с карбидным  и интерметаллидным

упрочнением, как  правило, подвергают закалке с 1050-1200 0С в воде, масле

или на воздухе  и последующему старению при 600-850 0С.

     Стали  с интерметаллидным упрочнением  используют для изготовления камер

сгорания, дисков и лопаток турбин, а также сварных  конструкций, работающих

при температурах до 700 0С.

     Жаропрочные  сплавы на железоникелевой основе (например, ХН35ВТ,

ХН35ВТЮ и др.) дополнительно легированы хромом, титаном, вольфрамом,

алюминием, бором. Они упрочняются, как и аустенитные  стали, закалкой и

старением. Сплав  ХН35ВТЮ применяют для изготовления турбинных лопаток и

дисков, колец  соплового аппарата и других деталей, работающих при

температурах  до 750 0С. 

5. Производство чугуна.

Исходные материалы.

     Железные  руды. Главный исходный материал  для производства чугуна в  доменных печах – железные  руды. К ним относят горные  породы, содержащие железо в таком  количестве, при котором выплавка  становится экономически выгодной.

     Железная  руда состоит из рудного вещества  и пустой породы. Рудным веществом  чаще всего являются окислы, силикаты  и карбонаты железа. А пустая  порода обычно состоит из кварцита  или песчаника с примесью глинистых  веществ и реже – из доломита  или известняка.