Тема 5: ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

Все углеродистые качественнее конструкционные стали можно условно разделить на несколько групп.

1.Углеродистые качественные стали 05кп, 08, 08кп, 10, 10кп (без термической обработки) хорошо штампуются вследствие их высокой пластичности, а также хорошо свариваются из-за малого содержания углерода. Они ис­пользуются для производства малонагруженных деталей машин (крепежные изделия и др.) и сварных конструк­ций.

2.Стали 15, 20, 25, составляющие вторую группу низко­углеродистых сталей, хорошо свариваются и обрабатыва­ются резанием. Они используются для изготовления не­ответственных деталей машин (без термической обработ­ки или в нормализованном состоянии), а также деталей с повышенной износостойкостью (после цементации и со­ответствующей термической обработки), но не подвер­гающихся высоким нагрузкам. Примерами цементирован­ных деталей машин являются кулачковые валики, крон­штейны, пальцы рессор и др.

3. Самой, значительной является группа среднеуглеродистых сталей 30, 35, 40, 45, 50, подвергающихся терми­ческой обработке. Следует отметить их малую прокаливаемость. Эти стали хорошо обрабатываются на металлорежущих станках в отожженом состоянии. Бла­гоприятные сочетания прочностных и пластических свойств позволяют применять эти стали при изготовле­нии ответственных деталей машин (шпиндели, распреде­лительные валы и др.).

4. Высокоуглеродистые стали 60, 65, 70, 75, 80 и 85 под­вергаются различным видам термической обработки, в результате чего они получают высокую прочность, из­носостойкость и упругие свойства. Из них делают детали типа пружин, рессор, прокатных валков, замковых шайб и т.д.

Углеродистые инструментальные стали маркируют следующим образом: впереди ставят букву У, затем циф­ру, указывающую среднее содержание углерода в деся­тых доляхпроцента, например сталь марки У12 содер­жит в среднем 1,2% С.

Для обозначения высококачест­венных сталей в конце марки ставится буква А, а особо высококачественных сталей (выплавленных, например, методом электрошлакового переплава с вакуумированием)—буква Ш.

В марках некоторых специальных ста­лей буква впереди обозначения указывает на назначение: А —автоматная сталь (АЗО), Р — быстрорежущая сталь (Р12), шарикоподшипниковая (ШХ15), Э —элек­тротехническая и т. д.

Дли улучшения обработки резанием применяют угле­родистые так называемые автоматные стали с повышен­ным содержанием серы (0,08...0,3 %) и фосфора (0,06%). Автоматные стали маркируют буквой А и цифрами, ука­зывающими на среднее содержание углерода в сотых до­лях процента. Наибольшее применение получили стали А12, А20, АЗО. Так, из стали А12 изготавливают винты, болты, гайки и различные мелкие детали сложной кон­фигурации, а стали А20, АЗО используют для изготовле­ния ответственных деталей, работающих в условиях по­вышенных напряжений. На обработке автоматических сталей при повышенных и средних скоростях резания по­ложительно сказывается микролегирование, свинцом, кальцием, селеном и теллуром. Легирование стали свин­цом (0,15...0,3 %) повышает скорость резания в 1,5... ...2 раза.

В зависимости от состояния углерода чугуны делят на белые, серые, высокопрочные и ковкие.

В белых чугунах весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде карбида железа, поэтому они отличаются высокой твердостью, хрупкостью и прак­тически не поддаются обработке резанием. Белый чугун не находит применения в качестве конструкционного ма­териала. Обычно доэвтектические белые чугуны после специальной термической обработки превращаются в ковкие чугуны, а заэвтектические идут в переплавку.

Для изготовления трущихся изделий (прокатные валки, колеса, шары для мельниц и т. д.) применяют так называемые отбеленные чугуны, в которых поверхностные слои имеют структуру белого, а сердцевина — серого чугуна.

В машиностроении используются гдавным образом серые, высокопрочные и ковкие чугуны.

В серых чугунах весь углерод находитея в свободном состоянии в виде пластинчатого графита. Эти чугуны могут иметь структуру состоящую из ферритңой основы и включений графита (рис. 3,а). Такие чугуны содержат кроме углерода примеси кремния, марганца и фосфора. С уменьшением содержания кремния цементит, находящийся в составе перлита, частично распадается, при этом образуется так называемая ферритно-перлитная структура с включениями графита (рис. 3,б). При дальнейшем снижении содержания кремния образуется чугун с перлитной основой и с включениями графита.

Серый чугун маркируется буквами СЧ с добавлением цифры, которая указывает предел прочности чугуна при растяжении. Например: марка СЧ15 показывает, что чугун имеет σ_в = 150 МПа . Путем модифицирования (в расплавленный чугун вводят до 0,6 % модификаторов — ферросилиция или силикокальция) повышают прочностные характеристики серых чугунов за счет образования более мелких графитных включений.

Из серых чугунов изготавливают детали простой конфигурации (крышки, стойки, кожухи, шкивы, кронштейны, зубчатые колеса, тормозные барабаны, станины станков, корпусы, коленчатые валы и др.)

Рис.3. Структуры серых чугунов:

а – ферритных (х100); б – феррито-перлитных (х300)

Высокопрочный чугун получается присадкой в жидкий cерый чугун добавок магния, церия и некоторых других элементов. Под влиянием добавок в чугуне образуется шаровидный графит. Такие чугуны имеют более высокие механические свойства и они могут быть использованы вместо поковок и отливок из углеродистой стали для деталей машин, работающих в тяжелых условиях.

Обозначают высокопрочный чугун буквами ВЧ, затем следует цифры, первые указывают предел прочности чугуна при растяжении, а вторые — относительное удли-нение при растяжении. Например, ВЧ45-5 — высокопрочный чугун σ_в = 450 МПа и δ= 5 %. На рис. 4, а показана микроструктура высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Из высокопрочного чугуна изготавливают коленчатые валы и поршни автомобильных и тракторных двигателей, шестерни, тормозные диски, детали прокатных станов, корпуса насосов, вентили и т. д. Некоторые высокопрочные чугуны используются в качестве антифрикционного материала в узлах трения с высокими окружными скоростями.

Рис.4. Структуры чугунов:

а – высокопрочного (х200); б – ковкого (х100)

Ковкий чугун получают из белого чугуна путем длительного нагрева при высоких температурах (отжиг, томление). В результате получается графит хлопьевидной формы (рис. 4, б).

Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифрами. Первые две цифры указывают предел прочности чугуна прн растяжении, а вторые —относительное удлинение.

Қовкий чугун широко используется в автомобильной, сельскохозяйственной, текстильной и других отраслях машиностроения. Из него изготовляют детали, работающих при средних и высоких статических и динамических нагрузках (подшипники, кронштейны, картеры редукторов, поршни, ступицы).

Широкое применение ковкого чугуна в машиностроении связано с тем, что он дешевле стали и обладает высокой стойкостыо против коррозии.