Инструментальные углеродистые стали содержат от 0,7 до 1,3 процента углерода, обладают высокой твердостью, относительно невысокой стоимостью, но недостаточной износостойкостью и красностойкостью. В основном используются для ручного инструмента или для изготовления металлообрабатывающего инструмента, который во время работы не подвергается воздействию высоких температур.
Недостатком углеродистых инструментальных сталей является их низкая теплостойкость — способность сохранять большую твердость при высоких температурных нагревах. При нагреве выше 200°С инструмент из углеродистой стали теряет твердость.
Легированные инструментальные стали. Легирующие элементы, вводимые в инструментальные стали, увеличивают теплостойкость (вольфрам, молибден, кобальт, хром), закаливаемость (марганец), вязкость (никель), износостойкость (вольфрам), обеспечивают высокую твердость и красностойкость.
Недостатком легированных инструментальных сталей является высокая стоимость.
В сравнении с углеродистыми легированные инструментальные стали имеют следующие преимущества: хорошую прокаливаемость; большую пластичность в отожженном состоянии, значительную прочность в закаленном состоянии, более высокие режущие свойства.
13 Назовите основные легирующие элементы, обеспечивающие сталям высокие антикоррозионные свойства
Коррозионностойкие стали. Коррозионностойкой (или нержавеющей) называют сталь, обладающую высокой химической стойкостью в агрессивных средах. Коррозионностойкие стали получают легированием низко- и среднеуглеродистых сталей хромом, никелем, титаном, алюминием, марганцем. Антикоррозионные свойства сталям придают введением в них большого количества хрома или хрома и никеля. Наибольшее распространение получили хромистые и хромоникелевые стали.
Хромистые стали более дешевые, однако хромоникелевые обладают большей коррозионной стойкостью. Содержание хрома в нержавеющей стали должно быть не менее 12%. При меньшем количестве хрома сталь не способна сопротивляться коррозии, так как ее электрохимический потенциал становится отрицательным.
Межкристаллитная коррозия — особый, очень опасный вид коррозионного разрушения металла по границам аустенитных зерен, когда электрохимический потенциал пограничных участков аустенитных зерен понижается вследствие обеднения хромом. Для предотвращения этого вида коррозии применяют сталь, легированную титаном.
Хромоникелевые стали содержат большое количество хрома и никеля, мало углерода и относятся к аустенитному классу. Для получения однофазной структуры аустенита сталь закаливают в воде при температуре 1100-1150°С; при этом достигается наиболее высокая коррозионная стойкость при сравнительно невысокой прочности. Для повышения прочности сталь подвергают холодной пластической деформации и применяют в виде холоднокатаного листа или ленты для изготовления различных деталей.
Хромоникелевые нержавеющие стали аустенитного класса имеют большую коррозийную стойкость, чем хромистые стали, их широко применяют в химической, нефтяной и пищевой промышленности, в автомобилестроении, транспортном машиностроении, в строительстве.
Для экономии дорогостоящего никеля его частично заменяют марганцем.
Разработаны марки высоколегированных сталей на основе сложной системы Fe—Cr—Ni—Mo—Сu—С. Коррозийная стойкость хромоникель-молибденомеднистых сталей в некоторых агрессивных средах очень велика. Например, в 80%-ных растворах серной кислоты.
14 Какие структуры стали обеспечивают её немагнитные свойства?
Наибольшее распространение, благодаря высоким механическим свойствам, износостойкости и долговечности, получили металлические немагнитные материалы, главным образом немагнитные стали и чугуны, а также сплавы меди и алюминия. Немагнитность сталей и чугунов обеспечивается созданием в них структуры Аустенита, что достигается соответствующим легированием. Аустенитная стальявляется наиболее широко распространенным типом нержавеющей стали. Содержание никеля в такой стали - не менее 7%, что придает ей пластичность, широкий спектр режимов термостойкости, немагнитные свойства и хорошую пригодность к сварке.
Лучшими технологическими свойствами обладают хромоникелевые немагнитные стали, выпускаемые в виде листов, проволоки и лент. Типичный состав и свойства немагнитной стали с высокой коррозионной стойкостью: до 0,12% С, до 0,8% Si, 1—2% Mn, 17—19% Cr, 11—13% Ni; μ = 1,05—1,2; предел прочности при растяжении 500—600 Мн/м2 (50—60 кгс/мм2); относительное удлинение при разрыве 40—5
Немагнитная сталь применяется в приборах, где ферромагнитные материалы могут повлиять на точность показаний
15 В каком виде может присутствовать графит в чугунах?
Составляющая структуры чугуна, формированного при кристаллизации или термической обработке, имеет ту же гексагенновую, кристаллическую решетку слоистого типа, что и природный графит
В зависимости от формы включений различают: пластинчатый, вермикулярный — червеобразный, хлопьевидный и шаровидный графит. Эти формы свободного графита определяют основные типы чугунов: серый чугун (СЧ), чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ), ковкий чугун (КЧ), высокопрочный чугун с шаровидным графитом.
Борированный графит - получен из смеси карбонизов углеродных материалов и бора; имеет более совершенную структуру, повышает электропроводность и прочность, т.к. бор, кроме образования карбидной фазы, замешает атомы углерода в слое и является легированной примесью акцепторного типа;
Вермикулярный графит - графит, мелкие округлые частицы которого, образуют червеобразные скопления; структурная составляющая высокопрочных чугунов;
Доменный графит – кристаллический графит, выделяющийся при медленном охлаждении больших масс чугуна, например в чугуновозных ковшах, миксерах и др.;
Карбидный графит — кристаллический, выделяющийся при термическом разложении карбидов;
Компактный графит – графит, частицы которого имеют форму дендритов; структурная составляющая ковких чугунов;
Пластинчатый графит - графит с частицами в форме изогнутых пластин; структурная составляющая серых чугунов;
Хлопьевидный графит - графит, образующийся при отжиге белого чугуна с частицами компактной, почти равновесной, но не округлой формы; структурная составляющая ковкого чугуна. Xлопьевидный графит часто называют углеродом отжига;
Шаровидный графит — графит со сферическими частицами. Его часто называют глобулярным. Структурная составляющая высокопрочных чугунов.
16 Какие свойства можно получить за счет легирования и термообработки чугунов?
Для улучшения прочностных, эксплуатационных характеристик или придания чугуну особых свойств (износостойкости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионностойкости, немагнитности и т.д.) в его состав вводят легирующие элементы (Ni, Cr, Cu, Al, Ti, W, V, Mo и др.).
Чугун с 5—7% Si (силал) применяется в качестве жаростойкого материала. Чугун с 12—18% Si (ферросилид) обладает высокой коррозионной стойкостью в растворах солей, кислот (кроме соляной) и щелочей. Такой чугун, легированный молибденом (антихлор), характеризуется высокой стойкостью в соляной кислоте. Чугун с 19—25% Al (чугаль) обладает наибольшей по сравнению с известными чугунами жаростойкостью в воздушной среде и средах, содержащих серу. В качестве износостойких наибольшее распространение получили чугуны, легированные Cr (до 2,5%) и Ni (до 6%) — нихарды. Аустенитные никелевые чугуны, легированные Mn, Cu, Cr (нирезисты), применяются как коррозионностойкие и жаропрочные.
Для повышения механических свойств чугуна применяют следующие виды термообработки: отжиг, нормализация, закалка и отжиг.
Низкотемпературный отжиг выполняют при температуре 950 – 1000°С с выдержкой в течение до четырех часов и охлаждением с печью. Применяется для повышения обрабатываемости чугуна, а при длительной выдержке – для получения ковкого чугуна.
Нормализация (нагрев до температуры 820 - 900°С с последующим охлаждением на воздухе) применяется для повышения износостойкости и прочности чугуна.
Закалка (нагрев до 830 - 900°С) применяется для повышения твердости, износостойкости, предела прочности и упругости. Закаленный чугун подвергается низкотемпературному (180 - 250°С) или высокотемпературному (400 - 600°С) отпуску для снятия внутренних напряжений, повышения пластичности и прочности.
17 Как называются основные группы сплавов меди?
Различают три группы медных сплавов: латуни, бронзы, сплавы меди с никелем.
Латуни. Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк.
В сравнении с медью латуни обладают большей прочностью коррозионной стойкостью и лучшей обрабатываемостью (резанием литьем давлением). Латуни содержат до 40-45% цинка. При большем содержании цинка снижается прочность латуни и увеличивается ее хрупкость Латуни широко применяют в общем и химическом машиностроении.
Бронзы. Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом, бериллием называют бронзами. В зависимости от введенного элемента бронзы называют оловянными, алюминиевыми и т.д.
Бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими литейными и высокими антифрикционными свойствами и обрабатываемостью резанием. Для повышения механических характеристик и придания особых свойств бронзы легируют железом, никелем, титаном, цинком, фосфором. Введение марганца способствует повышению коррозионной стойкости, никеля - пластичности, железа — прочности, цинка -улучшению литейных свойств, свинца — улучшению обрабатываемости
Сплавы меди с никелем. Медноникелевые сплавы — это сплавы на основе меди, в которых основным легирующим компонентом является никель: