книги из ГПНТБ / Технология металлов и конструкционные материалы учебное пособие

Процессы одновременного насыщения поверхностного слоя стали углеродом и азотом называются нитроцемен­ тацией или цианированием. Нитроцементация проводит­

лях, содержащих NaCN, KCN. Нитроцементацию и циа­ нирование проводят при 870 или 560°С. Обработке при 870°С подвергают низкоуглеродистые стали. Так, ори цианировании при этой температуре за 1 ч образуется циаиированный слой толщиной около 0 , 2 мм, а при нитроцементации за 5 ч — 0,5—0,7 мм. Закалку производят непосредственно из печи или цианистой ванны. Нитроцементоваиный или циаиированный слой 'более износо­ стойкий, чем цементованный. Нитроцементация и циани­ рование при 560°С проводятся как дополнительная обра­ ботка предварительно закаленных и отпущенных на сор­ бит среднеуглеродистых конструкционных сталей или от­ пущенных на мартенсит быстрорежущих и других инст­ рументальных сталей.

§ 26. Диффузионные покрытия

Алитирование — процесс диффузионного насыщения по­ верхностных слоев деталей алюминием с целью получе­ ния жаростойкой поверхности. Распылением струей сжатого воздуха на поверхность детали наносят тонкий слой расплавленного алюминия, после чего деталь об­ мазывают смесью серебристого графита, огнеупорной глины и жидкого стекла и подвергают отжигу при тем­ пературе 920°С, 3 ч. При этом алюминий диффундирует в железо на глубину до 0,5 мм.

При горячем покрытии изделие погружают в жидкий металл. При этом получается тонкий поверхностный слой сплавленного металла, на котором остается металл, покрытия. Так производят горячее цинкование, которое

ключается в том, что полуфабрикат (лист, пруток) по­ крывают каким-либо металлом, после чего проводят прокатку. В результате получается биметалл.

Металлизация распылением — нанесение на поверх­ ность изделия тонкого слоя металла, защищающего из­

81

делие от коррозии. Для этого расплавляют металличес­ кую проволоку в электрической дуге или кислородно­ ацетиленовом пламени и распиливают жидкий металл струей сжатого воздуха или азота. Частицы металла, ударяясь с большой силой о поверхность изделия, сцеп­ ляются с ним.

§ 27. Дефекты и брак при термической обработке стали

Из многочисленных видов дефектов и брака при терми­ ческой и химико-термической обработке наиболее рас­ пространены следующие. При слишком резком охлаж­ дении или неправильном погружении изделия в охлади­ тель возникает коробление и образуются трещины.

В результате пятнистой закалки получается неодина­ ковая твердость различных участков закаленного изде­ лия. Причиной этого дефекта является толстый слой окалины, который с неодинаковой скоростью отделяет­ ся от изделия при погружении его в закалочную среду, или образование паровой .рубашки.

Обезуглероживание — выгорание углерода с поверх­

не соблюдаются одинаковые расстояния между издели­ ями в цементационном ящике, получается неоднородный цементованный слой (см. лаб. работу № 3).

По качеству стали делится на стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные. ГОСТ на

82

конструкционные стали допускает содержание серы н фосфора в следующих пределах: для сталей обыкновен­

особыми свойствами: нержавеющие, жаропрочные, маг­ нитные и др.

Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380—71) уг­ леродистые, конструкционные делят на три группы: группа А — гарантируются только механические свойст­ ва; группа Б — гарантируется только химический состав и группа В — гарантируются химический состав и меха­ нические свойства. Причем химический состав тот же, что и в группе Б. В зависимости от нормируемых пока­ зателей (химический состав, механические свойства, технологические пробы) каждая группа разделяется на категории 1—6 . По степени раскисления стали разделя­ ются на кипящие (кп), полуспокойные (пс) и спокойные (сп). Все стали маркируются буквами Ст.

Например, сталь СтЗсп-—это сталь группы А спо­ койная с механических# свойствами ов=38—49 кгс/мм2,

ат= 21—25 кгс/мм2 и 8 = 2 3 —25%.

'Сталь по ГОСТ 380—71 выплавляют кислородно­ конверторным и мартеновским способами. Из стали группы А изготавливают детали сельскохозяйственных машин и орудий, не испытывающих больших напряже­ ний и не требующих термической обработки, — крепеж­ ные детали (Ст2кп), рамы комбайнов (Ст5кп). Из стали групп Б и В изготавливают детали, подвергаемые объемной или местной термической обработке, например оси машин (БСт 6сп2). Лемехи изготавливают из стали Л65 группы В (~0,6% С; 0,7% Мп).

Сталь углеродистую качественную конструкционную (ГОСТ 1050—60) маркируют двумя цифрами, обознача­ ющими концентрацию углерода в сотых долях процен­ та. Сталь по этому ГОСТу широко применяют для от­

стали 35, 40, 45—85 подвергают закалке и отпуску. Пс этому же ГОСТу поставляется сталь с повышенным со­

83

держанием марганца, которая маркируется буквой Г, например 70Г с 0,7% С и 0,9—1,2% Мп.

Сталь качественную и высококачественную легиро­ ванную перлитного класса (ГОСТ 4543—71) применя­ ют для особо ответственных деталей и подвергают тер­ мической обработке. Легирующие элементы обознача­ ются следующими буквами: Г — марганец; С — кремний;

буква легирующего элемента, после которой стоит чис­ ло, обозначающее среднее содержание легирующего эле­ мента в процентах, и если сталь высококачественная, то в конце ставится буква А. Например, из стали 15Х сле­ дует, что сталь качественная с содержанием ~0,15% С и до 1% Cr; 12ХНЗА — сталь хромоникелевая с содер­ жанием — 0,16% С, 0,6—0,9% Сг, 2,75—3,15% №, высо­ кокачественная. Обе эти стали цементуемые. Конструк­ ционные качественные и высококачественные стали вы­ плавляют в мартеновских и электрических печах.

К сталям с особыми свойствами относятся высоколе­ гированные коррозионностойкие', жаропрочные (сохра­ няющие механические свойства при высоких темпера­ турах), жаростойкие (не окисляющиеся при высоких температурах) и т. д. (ГОСТ 5632—72). Маркируются эти стали так'же, как и в ГОСТ 4543—61. Например,

содержат ~0,35% С, жаростойкие. Износостойкая мар­ ганцовистая сталь Г13Л содержит 1% С, 12—14% Мп, относится к аустенитному классу, обладает большой пластичностью и износостойкостью, так как в результа­ те наклепа и работы при ударных нагрузках аустенит повышает свою твердость НВ со 150 до 500.

Качественные и высококачественные стали широко применяют в автотракторостроении. В сельхозмашино­ строении—значительно меньше. Цементуемые и нитроцементуемые детали: поршневые пальцы, рессорные

84

пальцы, распределительные валики, шестерни тракторов и сельскохозяйственных машин изготавливают из ста­

стали 45 изготавливают коленчатые валы тракторов и автомо'билей и тяжелоиагруженные валы с поверхност­

и отпуска.

Сегменты и ножи режущих аппаратов изготавлива­ ют преимущественно из стали У9 (ГОСТ 1435—54); их подвергают местной закалке и отпуску на твердость ра­ бочей части HRC 50—60.

В сельскохозяйственном машиностроении наиболь­ шее распространение получили пружины, навитые из патентированной проволоки (см. § 24). Навитую пру­ жину подвергают отпуску при температуре 280—350°С для снятия напряжений. Для звеньев гусениц тракторов применяют сталь Г13Л. Для впускных клапанов трак­ торов и автомобилей преимущественно применяют сталь типа 40Х с последующим улучшением, с получением твердости до HRC 30—36, а для выпускных клапанов — преимущественно сталь 4Х9С2, подвергаемую улучше­ нию с получением твердости до HRC 30—40. Торцы обо­ их клапанов закаливают до твердости H R C ^ 45.

Детали для землеройных машин изготавливают из сталей тех же марок, что и для почвообрабатывающих машин; рабочие части землеройных машин, например ковши экскаваторов, — из стали 45. Для повышения из­ носостойкости зубьев ковшей на них наплавляют твер­ дые сплавы типа сормайт (см. дальше).

Инструментальные стали делят на углеродистые, ле­ гированные и быстрорежущие. Углеродистые и легиро­ ванные применяют для всех видов инструментов, а бы­ строрежущие— преимущественно для режущего инстру­

мента.

Углеродистые стали (ГОСТ 1435—54) марок У7, У8

85

и Т. Д. до У13 являются! качественными сталями п их применяют для менее ответственных инструментов. Ста­ ли У7А, У8 А и т. д. являются высококачественными и служат для изготовления более ответственных инстру­ ментов. Буквой У обозначают инструментальные угле­ родистые стали, а цифра указывает десятые доли про­ цента углерода. Так, сталь У7А содержит около 0,7% С и является высококачественной. Стали У7—У 10, У7А— У10А применяют для изготовления штамбового инстру­ мента, а стали У 10—У13 и У10А—У13А — режущего й мерительного инструментов.

Инструментальные легированные стали (ГОСТ

5950—63). Маркировка, указанных еталей не отличает­ ся от углеродистых в отношении содержания углерода и от легированных конструкционных сталей по обозна­ чению легирующего элемента. Так, сталь 8X3 содержит около 0,8% С и ~3% Сг. Стали 6 ХВГ и 5ХНМ приме­ няют для ответственных штампов горячей штамповки, а стали с содержанием углерода около 1 % и вольфрама или хрома около 1 % — для режущего инструмента.

Для изготовления режущего инструмента широко ис­ пользуют быстрорежущие стали (ГОСТ 9373—60), ха­ рактеризующиеся красностойкостью.

Структура режущего инструмента состоит из карби­ дов в мартенсите. В быстрорежущем инструменте мар­ тенсит и карбиды не снижают своей твердости при на­

элементами мартенсит при нагреве до 600°С не претер­ певает никаких превращений (красностойкость) и со­ храняет свою твердость, в то время как мартенсит угле­ родистой стали при нагреве до 600°С переходит в сор­ бит. Поэтому режущий инструмент, изготовленный из углеродистой и даже легированной стали, может быть применен лишь при малых скоростях резания и при об­ работке мягких металлов и древесных материалов, а быстрорежущую сталь применяют для обработки твер­ дых материалов и при больших скоростях резания.

'Наибольшее распространение получили стали марок Р9 и Р18 (буква Р обозначает быстрорежущую сталь), в состав которых входит углерод — около 0 ,8 %, хром — около 4,0 и ванадий— 1 ,0 —2 ,6 %. Цифры 9 и 18 указы-» вают содержание вольфрама в процентах.

Легирующие элементы быстрорежущей стали почти

86

все находятся в карбидах. Чтобы получить легирован­ ный красностойкий мартенсит, необходимо растворить наибольшее количество карбидов в аустените. Это до­ стигается нагревом при закалке до температуры 1240— 1290°С. Закаленная с этой температуры в масле сталь получает структуру мартенсита, аустенита и карбидов й имеет твердость HRC 61—63. Чтобы повысить твер­ дость и износостойкость стали, ее подвергают трехкрат-

Рнс. 41. Режим термической обработки быстрорежущей стали

ному отпуску при температуре 560°С для перехода аус­ тенита в мартенсит, после чего твердость HRC достига­ ет 65. Режим термической обработки быстрорежущей стали приведен на рис. 41 (волнистыми линиями пока­ заны температуры образования мартенсита).

Инструменты — зубила и бородки слесарные, их под­ вергают местной закалке и отпуску на твердость HRC 52—55, изготавливают из углеродистой стали марки У7А.

Молотки-ручники и отвертки делают из сталей У7, У8 , а кувалды — из стали 50 с закаленной и отпущенной до твердости HRC 48—51 рабочей частью.

Ключи гаечные изготавливают из стали 40 или 40Х. Подвергнутая закалке и отпуску головка ключа имеет твердость HRC 40—45.

Инструменты, работающие при больших скоростях резания — резцы, фрезы и т. д., изготавливают из быст­ рорежущей стали.

§ 29. Чугун

Белый чугун имеет ограниченное применение из-за высо­ кой твердости и хрупкости. В технике широко применя­ ют серый чугун, в структуре которого углерод частично

87

фита — структура серого чугуна наибольшей прочности (перлитный чугун).

Серый чугун имеет широкое применение в машино­ строении благодаря высоким литейным свойствам, обра­ батываемости резанием, износостойкости, сопротивле­ нию сжатию и способности поглощения колебаний.

Отливки из серого чугуна для смягчения подвергают отжигу, а для повышения прочности и твердости —за­ калке с отпуском, высокочастотной закалке, азотирова­ нию, алитированию и т. д. по режимам, аналогичным ре­ жимам термической обработки стали, имеющей фер­ рито-перлитную или перлитную структуру. Особо слож­ ные отливки (крупные станины станков) для устранения внутренних напряжений подвергают искусственному старению при 500—600°С в течение 9—10 ч с последую­ щим медленным охлаждением.

Отливки из серого чугуна изготавливают по ГОСТ 1412—70. Серый чугун маркируют буквами СЧ и двумя

способствует растворению крупных пластинок графита, а модифицирование (создание значительного числа цен­ тров кристаллизации графита)— получению тонкопла­ стинчатого графита в отливке. В качестве модификато­ ров применяют кальций, кремний, алюминий.

Еще более высокую прочность и особенно пластич­ ность имеет высокопрочный чугун с шаровидным графи­ том (рис. 42,6). Этот чугун получают црийадкой магния в ковш, в который заливают жидкий чугун.

Отливки из высокопрочного чугуна изготавливают по ГОСТ 7293—70. Сюда входят чугуны марок от ВЧ38-17 до ВЧ120-4, где первое число также обозначает

сгв, кгс/мм2, а второе б, %.

Ковкий чугун — чугун с хлопьевидным графитом, по­ лученный из отливок белого чугуна, в которых отжигом (томлением) при 1050—680°С цементит (Fe3C) разлага­ ется по реакции Fe3C-»-3Fe-)-'C. Выделяющийся при этом углерод в виде графита кристаллизуется в хлопьевид­ ные зерна (рис. 42,в).

В зависимости от продолжительности второй стадии графитизации при температурах 740—680°С можно по-

89

Лучить ферритный, феррито-перлитный пли перлитный ковкий чугун. В ГОСТ 1215—59 приведены ферритные ковкие чугуны марок от -К.ЧЗО-6 до КЧ37-Т2, феррнюперлитные КЧ45-6 и перлитные от КЧ50-4 до КЧ63-2. Ковкий чугун так же, как и серый, поддается термичес­ кой обработке.

В автомобилях, тракторах и сельскохозяйственных машинах из серого чугуна марок СЧ12-28, СЧ15-32 из­ готавливают наименее ответственные детали. Более от­ ветственные детали, такие как рамы, кронштейны, шки­ вы, делают из серого чугуна марок СЧ18-36, СЧ21-50,

СЧ28-48.

Более тяжело нагруженные детали: зубчатки, звез­ дочки, храповики, работающие на износ, изготавливают из тех же марок чугунов, но подвергают закалке в мас­ ле и отпуску до твердости НВ 321—429. Эти же детали можно получать и из высокопрочного чугуна.

Детали, которые наряду с прочностью должны обла­ дать и достаточной вязкостью, изготавливают из ковко­ го чугуна. Втулки подшипников сельскохозяйственных машин, вилки карданных передач и шестерни получают из ковкого чугуна марок К.Ч45-6, КЧ37-2.

Высокопрочный чугун применяют для шестерен и картеров редукторов, а также для коленчатых валов.

§ 30. Коррозия металлов и сплавов

Коррозия — это процесс разрушения металлов под воз­ действием внешней среды. Потери от коррозии весьма значительны. В сельскохозяйственном производстве ма­ шины используют только часть года, а остальное время хранят в условиях, недостаточно обеспечивающих защи­ ту от коррозии. Поэтому вопрос о коррозии и мерах борьбы с ней особенно актуален.

Различают два вида коррозии: электрохимическую и химическую. Электрохимическая коррозия является ре­ зультатом воздействия электролита на металл. Наибо­ лее часто встречающимися на практике электролитами являются водные растворы солей, кислот и щелочей, а также атмосфера, в которой постоянно имеются водя­ ные пары, насыщенные солями, морская и речная вода, и другие среды, соприкасающиеся с металлом.

Известно, что металл, погруженный в электролит, не­ прерывно отдает положительно заряженные ионы в ра­

90