Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Производство изделий из чугуна и стали

Производство изделий из чугуна и стали


Сталь содержит вязкий и пластичный аустенит, который отсутствует в чугуне, поэтому изделия из стали получают путем горячей и холодной механической обработки. Чугун перерабатывают преимущественно способом литья (за исключением ковкого и высокопрочного).
Изготовление деталей путем отливки (литьё)
Заготовки из чугуна и стали (слитки), предназначенные для последующей переработки, получают путем разливки в формы (изложницы).
При непрерывной разливке стали расплавленный металл поступает в кристаллизатор, охлаждаемый водой. После затвердевания слиток на поддоне вытягивается вниз и разрезается.
Процесс изготовления изделий из расплава можно разделить на три этапа.
1. Приготовление форм для литья по моделям или шаблонам.
2. Расплавление металла и его подготовка к разливке.
3. Разливка металла по формам. После охлаждения формы разрушают.
В зависимости от состава сплава, типа изделия и предъявляемых к нему требований применяются различные варианты отливки.
Литьё под давлением. Расплавленный металл направляется в охлаждаемую камеру. Поршень создает давление от 0,5 до 700 МПа (рис. 13.12). Эта же технология применяется для формования изделий из твердых нагретых сплавов.
Центробежное литьё. Применяется при изготовлении полых изделий круглого сечения (трубы и др.). Расплавленный сплав заливается в форму и распределяется по стенке под действием центробежной силы, частота вращения изменяется в пределах 400-600 об/мин (рис. 13.13).
Производство изделий из чугуна и стали

Кокильное литье. Производится в металлических литейных формах. Применяется также литьё по выплавляемым моделям и др.
Обработка металлов под давлением
Этот процесс изготовления изделий возможен благодаря высокой пластичности сплавов, которая увеличивается с повышением температуры. Каждый сплав имеет определенный температурный интервал, в котором он обладает минимальным сопротивлением деформации (температурный интервал обработки). Поэтому слитки перед обработкой нагревают в печах. Обработка давлением изменяет не только форму слитка, но и физико-механические свойства сплава за счет уменьшения содержания дефектов (пустоты) и деформации кристаллов, изменения структуры сплава.
К способам обработки под давлением относятся: прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка.
Прокатка. Обжим заготовки между двумя вращающимися валками прокатного стана (рис. 13.14), при этом толщина заготовки уменьшается, а длина и ширина - увеличиваются. Исходным материалом являются слитки. Для повышения производительности прокатного стана крупные слитки предварительно деформируют на блюмингах и слябингах, при этом получают полуфабрикат, который используется для изготовления листа и сортового проката (рис. А.83).
Производство изделий из чугуна и стали
Производство изделий из чугуна и стали

На рельсобалочных станах изготавливают рельсы, балки, швеллеры и другие крупные профили.
Сортовые станы предназначены для изготовления сортового проката -швеллера, тавра и др., проволочные станы - для изготовления проволоки диаметром 5-10 мм, листовые и трубопрокатные станы - для изготовления листов и труб. Тонкостенные профили сложной формы получают также на профилегибочных станах.
Волочение - протягивание прутка или проволоки через отверстие в волоке (матрице), размеры поперечного сечения которого меньше размеров исходной заготовки (рис. 13.15). Получают изделия с постоянным сечением по всей длине. Осуществляется на волочильных станах и используется для получения тонкой проволоки, калибрования труб из стали и цветных сплавов.
Прессование - выдавливание сплава через круглое или фасонное отверстие в матрице, форма и размеры которого определяют сечение изделия. Изготавливается проволока, трубы, фасонные профили из стали и цветных сплавов. Прессование осуществляют на гидравлических или механических прессах (рис. 13.16).
Ковка - получение детали из предварительно нагретой заготовки (поковки) путем деформирования ее ударными нагрузками, передаваемыми молотом и статической нагрузкой, создаваемой прессом (рис. 13.17). Получают валы, шатуны, шестерни и др.
Производство изделий из чугуна и стали

Штамповка - процесс деформации заготовки в штампе (рис. 13.18). Объемная штамповка - нагретую заготовку деформируют в замкнутой полости штампа, которая определяет форму и размеры изделия.
Листовая штамповка - деформация листа в холодном состоянии в штампе, состоящем из матрицы и пуансона.
Упрочнение стали
Термическая обработка - нагревание и охлаждение стали по определенному режиму с целью изменения ее структуры и физических свойств.
Структура стали зависит от скорости её охлаждения. Целенаправленное изменение структуры основано на регулировании скорости превращения аустенита в перлит (рис. 13.19). Соответствующие точки на диаграмме состояния называются критическими точками. Линия (G S) называется линией верхних критических точек, (Р S К) - линия нижних критических точек и (S С) - линия выделения цементита. Эти линии определяют режим термической и горячей механической обработки стали. Распад аустенита может происходить как при непрерывном охлаждении стали, так и при ее выдержке при температуре ниже линии (Р S К). Скорость распада аустенита определяется магнитометрическим методом, так как аустенит немагнитен, а продукты его распада магнитны. Сталь нагревают на 30-50 °C выше линии (G S) или (S С) для превращения феррита и перлита в аустенит, далее производят охлаждение. Характер превращения аустенита зависит от скорости охлаждения. При медленном охлаждении происходит отжиг стали, при быстром - закалка.
Изменения структуры стали связаны с превращением аустенита в перлит и γFe в αFe. Растворимость углерода в aFe ниже его растворимости в γFe, поэтому изменения структуры при быстром охлаждении обусловлены диффузией углерода из твердого раствора. Чем выше скорость охлаждения, тем меньше размер кристаллов и образуется более дисперсная структура. Например, при охлаждении предварительно нагретой выше линии (Р S К) эвтектоидной стали (С = 0,83 %) и изотермической выдержке, при температуре ниже 700 °C продуктом распада является перлит с размером зерна цементита приблизительно 10в-4 см.
Изотермическая выдержка при 600-650 °C приводит к образованию структуры сорбит-смеси феррита и цементита с размером кристаллов примерно 10а-5 см. Сорбитовая сталь отличается высокой вязкостью и умеренной твердостью.
При температуре 450-600 °C сталь имеет структуру, называемую трооститом, - смесь кристаллов феррита и цементита размером 10в-7 см. С уменьшением размера зерна растет прочность и твердость стали.
При изотермической выдержке при 230 °C происходит перестройка γFe → αFe без диффузии углерода, и атомы углерода образуют пересыщенный твердый раствор. Образуется игольчатая структура - мартенсит. Сталь мартенситной структуры отличается высокой прочностью, твердостью и хрупкостью. Превращение А → M не идет до конца, и охлажденная сталь содержит некоторое количество аустенита. При С < 0,2 % мартенситная структура не образуется.
Все структурные превращения связаны со скоростью охлаждения стали (V):
- V= 0,01-0,05 град/мин - структура перлит;
- V = 1-5 град/мин - сорбит и тростит;
- V = 30-150 град/мин - тростит и мартенсит;
- V = 150-500 град/мин - мартенсит.
В зависимости от режима различают следующие этапы термической обработки стали.
Закалка - быстрое охлаждение стали, нагретой до температуры выше верхних критических точек. Образуются структуры мартенсит и тростит, обладающие высокой твердостью. Охлаждение в воде, водных растворах солей (мартенсит) и в масле (тростит).
Отпуск следует за закалкой. Нагревание и выдержка изделий при температуре ниже линии PSK приводит к образованию более устойчивой структуры и релаксации напряжений.
Отжиг - нагрев до температуры выше верхних критических точек, изотермическая выдержка и медленное охлаждение стали (полный отжиг). При отжиге образуется структура в соответствии с диаграммой состояния. Цель отжига - снижение внутренних напряжений, уменьшение твердости, улучшение механической обрабатываемости стали.
Нормализация - нагрев стали до температуры выше верхних критических точек и охлаждение на воздухе. Сталь, содержащая менее 0,3 % С, имеет структуру феррит - перлит, сталь, содержащая 0,3-0,7 % С, - сорбит.
Старение стали - изменение структуры и физико-механических свойств стали, обусловленное переходом неравновесных (метастабильных) структур в более стабильные и равновесные.
Химико-термическая обработка стали
При такой обработке стали изменяются ее химический состав, структура и физические свойства на поверхности.
Цементация - насыщение поверхности малоуглеродистой стали (С < 0,2 %) углеродом с целью повышения твердости на поверхности изделия. Изделия помещают в смесь, состоящую из угля и вещества, разлагающегося при повышении температуры с выделением CO2 (K2CO3, Na2CO3 и др.).
При температуре 900-950 °C выделяющийся CO2 реагирует с углеродом:
CO2 + C = 2СО.

Образуется CO, который отдает углерод стали. Углерод диффундирует на глубину 1-2 мм. Далее производится закалка для повышения твердости с последующим отпуском. При такой обработке сердцевина изделия будет вязкой, а поверхность - твердой, износостойкой.
Азотирование - насыщение поверхности стали азотом. Заготовку выдерживают при температуре 600-650 °C в атмосфере аммиака:
2NH3 → 2N + ЗН2.

Азот диффундирует в сталь с образованием нитридов железа. По износостойкости азотированные стали превосходят цементированные и закаленные.
Цианирование - одновременное насыщение поверхности стали углеродом и азотом.
Алитирование, хромирование, силицирование - насыщение стали Al, Cr, Si в соответствующих средах для изменения свойств - повышения жаростойкости, износостойкости, коррозионной стойкости.
Легированные стали
Легированной называется сталь, которая кроме обычных компонентов (С, Si, Mn) содержит легирующие элементы, которые вводятся для изменения свойств. Легирующие элементы - хром, никель, молибден, вольфрам, ваннадий, алюминий, бор, титан и др.
По содержанию легирующих элементов стали подразделяют на три типа.
1. Низколегированная сталь содержит не более 2,5 % легирующих элементов.
2. Среднелегированная - содержит 2,5-10 % легирующих элементов.
3. Высоколегированная сталь содержит более 10 % легирующих элементов.
Легирующие элементы оказывают различное влияние на свойства стали: способствуют уменьшению размеров кристаллов, расширяют область существования аустенита, задерживая его переход в другие структуры и др.
При маркировке легированных сталей приняты буквенные обозначения легирующих элементов: X - хром; H - никель, А - азот, В - вольфрам, E - селен, Г - марганец, Д - медь, Б - ниобий, P - бор, П - фосфор, Ю - алюминий, M - молибден, К - кобальт, Ц - цирконий, Ф - ванадий.
Сочетание букв и цифр позволяет судить о составе легированной стали. Цифры в начале марки указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента: одна цифра - среднее содержание углерода в десятых долях процента, если цифр нет, то содержание С ≥ 1 %. Цифры, следующие за буквами, показывают среднее содержание данного элемента в процентах. Буква А в конце марки обозначает высококачественную сталь. Например, 12Х1Н3А - высококачественная легированная сталь, углерода - 0,12 %, хрома - 1 %, никеля - 3 %.
Низколегированная сталь выпускается в виде листов, сортового и фасонного проката. Обладает меньшей чувствительностью к старению, более высокой коррозионной стойкостью. Применение низколегированных сталей позволяет на 15-18 % понизить расход стали на металлические конструкции.
К легированным сталям относятся жаростойкие, способные сопротивляться химической коррозии при температуре выше 550 °C и жаропрочные - способные противостоять нагрузкам при высокой температуре. Коррозионностойкие стали сопротивляются воздействию агрессивных сред, к ним относятся нержавеющие стали.
Добавлено Serxio 29-01-2016, 22:46 Просмотров: 1 452
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent