Химико-термическая обработка стали

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

Учреждение образования

 «Минский государственный  машиностроительный колледж»

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

«Материаловедение и технология материалов»

Вариант 10

 

 

 

 

 

 

Выполнил:  Кучинский Сергей Алексеевич

Специальность:2-370101 «Двигатели внутреннего сгорания»

курс -1

группа:120ДК

форма обучения заочная

зачётная книжка №3115

 

 

Проверил:     преподаватель Ганусевич Т.В.

                                   

 

 

 

 

2013 год                              

Содержание:

1.Описать способы разливки  стали в изложницы. Указать основные преимущества способа непрерывной разливки стали.

2.Кристализация металлов. Описать зависимость скорости роста кристаллов от степени переохлаждения.

3.Химико-термическая обработка  стали. Описать азотирование стали.

4. Начертите диаграмму состояния сплавов железа с углеродом(5,5%). Покажите на ней структуры по всем зонам и характерные линии. Справа от диаграммы постойте схематичную кривую медленного охлаждения от 1600 до 600 °C сплава с заданным содержанием углерода(5,5%). Опишите превращения, происходящие в заданном сплаве и охарактеризуйте скорость его охлаждения на каждом участке кривой. Дайте определение всем образующимся по ходу охлаждения структурам.

6. Расшифруйте марки и укажите назначение конструкционных материалов, приведенных в таблице 7 .

10

30 Х

ХВСГ

Р12

АЧВ-2

ВК4

Л96

БрБ2

БН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Способы разливки  стали в изложницы.  Основные  преимущества способа непрерывной  разливки стали.

Способы разливки стали - в настоящее время разливку стали ведут преимущественно в изложницы или на установках непрерывной разливки (МНЛЗ). Способ разливки стали в изложницы делят на: разливку стали сверху или сифонную разливку стали.

Изложницы – чугунные формы для изготовления слитков. Изложницы выполняют с квадратным, прямоугольным, круглым и многогранным поперечными сечениями. Слитки с квадратным сечением переделывают на сортовой прокат: двутавровые балки, швеллеры, уголки. Слитки прямоугольного сечения – на листы. Слитки круглого сечения используются для изготовления труб, колёс. Слитки с многогранным сечением применяют для изготовления поковок.

Из плавильных печей сталь выпускают в ковш, который мостовым краном переносят к месту разливки стали. Из ковша сталь разливают в изложницы или кристаллизаторы (машины для непрерывного литья заготовок). В изложницах или кристаллизаторах сталь затвердевает и получают слитки, которые подвергаются прокатке, ковке.

Спокойные и кипящие углеродистые стали разливают в слитки массой до 25 тонн, легированные и высококачественные стали – в слитки массой 0,5…7 тонн, а некоторые сорта высоколегированных сталей – в слитки до нескольких килограммов.

      (Рис.А) разлив с верху                                 (рис.В) сифонная разливка

В изложницы сверху сталь разливают непосредственно из ковша . При этом исключается расход металла на литники, упрощается подготовка оборудования к разливке. К недостаткам следует отнести менее качественную поверхность слитков, из-за наличия пленок оксидов от брызг металла, затвердевающих на стенках изложницы. Применяется для разливки углеродистых сталей.

Преимуществами разливки сверху являются:

1. простая подготовка оборудования к разливке и меньшая его стоимость;
2. отсутствие расхода металла на литники;
3. температура металла перед разливкой может быть ниже, чем при сифонной разливке.

присущи следующие недостатки:

1. образование плен на  поверхности нижней части слитков, что является следствием разбрызгивания  металла при ударе струи о  дно изложницы. Застывшие на стенках  изложницы и окисленные с поверхности  брызги металла не растворяются  в поднимающейся жидкой стали, образуя дефекты поверхности  – плены, которые не свариваются  с металлом при прокатке. В  результате этого поверхность  прокатных заготовок приходится  подвергать зачистке.

2. большая длительность  разливки;

3. из-за большой длительности  разливки снижается стойкость  футеровки ковша и ухудшаются условия работы шиберного затвора.

При сифонной разливке одновременно заполняются несколько изложниц . Изложницы устанавливаются на поддоне , в центре которого располагается центровой литник , футерованный огнеупорными трубками , соединённый каналами  с изложницами. Жидкая сталь  из ковша  поступает в центровой литник и снизу плавно, без разбрызгивания наполняет изложницу . Поверхность слитка получается чистой, можно разливать большую массу металла одновременно в несколько изложниц. Используют для легированных и высококачественных сталей.

Сифонная разливка стали имеет следующие преимущества в сравнении с разливкой сверху:

1. одновременная отливка нескольких слитков сокращает длительность разливки плавки и позволяет разливать в слитки малого развеса плавки большой массы;
2. вследствие сокращения общей длительности разливки скорость подъема металла в изложнице может быть значительно меньше, чем при разливке сверху;
3. поверхность слитков получается чистой, так как металл в изложнице поднимается спокойно без разбрызгивания;
4. повышается стойкость футеровки ковша и улучшаются условия работы шиберного затвора вследствие меньшей длительности разливки и уменьшения числа закрываний и открываний затвора;
5. во время разливки можно следить за поведением поднимающегося в изложнице металла и в соответствии с этим регулировать скорость разливки.

 

Недостатками сифонной разливки в сравнении с разливкой сверху являются:

1. сложность и повышенная стоимость разливки, обусловленные расходом сифонного кирпича, установкой дополнительного оборудования и значительными затратами труда на сборку поддонов и центровых;
2. дополнительные потери металла в виде литников (0,7 – 2,5% от массы разливаемой стали) и возможность потери металла при прорывах через сифонные кирпичи;
3. температура металла перед разливкой должна быть выше, чем при разливке сверху, так как он дополнительно охлаждается в каналах сифонного кирпича.

Непрерывная разливка стали состоит в том, что жидкую сталь из ковша  через промежуточное разливочное устройство непрерывно подают в водоохлаждаемую изложницу без дна – кристаллизатор, из нижней части которого вытягивается затвердевающий слиток.

Перед заливкой металла в кристаллизатор вводят затравку – стальную штангу со сменной головкой, имеющей паз в виде ласточкиного хвоста, которая в начале заливки служит дном кристаллизатора. Вследствие интенсивного охлаждения жидкий металл у стенок кристаллизатора и на затравке затвердевает, образуется корка, соединяющая металл с затравкой. Затравка движется вниз при помощи тяговых роликов , постепенно вытягивая затвердевающий слиток из кристаллизатора. После прохождения тяговых роликов , затравку отделяют. Скорость вытягивания составляет в среднем 1 м/мин. Окончательное затвердевание в сердцевине происходит в результате вторичного охлаждения водой из брызгал. Затем затвердевший слиток попадает в зону резки, где его разрезают газовым резаком, на куски заданной длины.

(Рис.С) непрерывный разлив стали

(рис.С)

   Н. р. с. имеет следующие преимущества перед обычной разливкой:

1) на 10—15% сокращается расход  металла на 1 т годного проката  вследствие уменьшения обрези головной и донной частей заготовки;

2)  сокращаются капитальные  затраты на сооружение металлургического  завода, так как исключаются парк  чугунных изложниц, отделения для  их подготовки и извлечения  слитков из изложниц, дорогостоящие  Блюминги или Слябинги, на которых  крупные слитки обжимаются в  заготовку для последующей прокатки;

3) создаются условия для  полной механизации и автоматизации  процесса разливки;

4)  благодаря ускорению  затвердевания повышается степень  однородности металла, улучшается  его качество. Слитки имеют плотное  строение и мелкозернистую структуру, отсутствуют усадочные раковины.

 

2. Кристализация металлов.  Зависимость скорости роста кристаллов от степени переохлаждения.

Кристаллизацией называется процесс образования кристаллов при изменении агрегатного состояния металлов (сплавов) из жидкого в твердое — это первичная кристаллизация, в течение которой формируется кристаллическая решетка. В процессе остывания уже затвердевших сплавов возможна вторичная кристаллизация — это перекристаллизация из одной модификации в другую, распад твердых растворов, распад или образование химических соединений.

Линейная скорость роста кристаллов, измеряемая в мм/мин, также возрастает и с увеличением переохлаждения достигает максимума, а затем снижается. Скорость роста при данных условиях может быть различной для различных граней кристалла. Его кристаллографические плоскости, наиболее населенные атомами, отличаются наименьшим поверхностным натяжением и, следовательно, наибольшей способностью к пристройке атомных слоев. Это свидетельствует о направленности кристаллизации. Общий ход кривых изменения числа центров и скорости роста кристаллов в зависимости от степени переохлаждения показывает, что даже при небольшой степени переохлаждения возникают центры кристаллизации, количество которых резко возрастает по мере понижения температуры затвердевания. Одновременно с увеличением степени переохлаждения возрастает и скорость роста кристаллов, поэтому получить металл в аморфном состоянии пока не удается. Из рассмотрения подобного типа примеров для числа центров и скорости роста кристаллов следует, что ценная и желательная для производства мелкая кристаллическая структура металлов может быть получена при их быстром охлаждении, так как в этом случае вследствие высоких значений и возникает много кристаллических центров.

Кристаллизация расплавленного металла происходит не при температуре равновесия жидкой и твердой фаз, а при более низких температурах. То же самое относится и к превращениям в твердом состоянии.

Температура превращения при охлаждении лежит ниже, чем температура обратного фазового превращения при нагревании. Это явление называется тепловым гистерезисом превращения.

Степень переохлаждения растет с увеличением скорости охлаждения. Следовательно, переохлаждение связано с какими-то затруднениями в фазовом превращении.

Процесс затвердевания стали состоит из двух стадий

1. образования центров кристаллизации «зачатков»
2. роста кристаллов из этих центров

Установлены количественные характеристики для двух стадий кристаллизации — число центров, возникающих в единицу времени в единице объема, т. е. скорость зарождения центров (с. з. ц.), и линейную скорость роста кристаллов из этих центров (л. с. р.).

Если переохлаждать прозрачные органические жидкости до различных температур и определять при разных переохлаждениях скорость зарождения центров и линейную скорость роста кристаллов можно сделать вывод: что эти характеристики зависят от степени переохлаждения. При температуре равновесия жидкой и твердой фаз с. з. ц. и л. с. р. равны нулю. С увеличением переохлаждения обе характеристики растут, достигают максимума и при больших переохлаждениях падают до нуля.

 

3.Химико-термическая  обработка стали.  Азотирование  стали.

Химико-термической обработкой называется процесс поверхностного насыщения стали различными элементами, путем их диффузии из внешней среды при высокой температуре. Цель химико-термической обработки - поверхностное упрочнение металлов и сплавов и повышение их стойкости против воздействия внешних агрессивных сред при нормальной и повышенной температурах.

 Химико-термическая обработка  включает в себя цементацию, азотирование, цианирование, алитирование, силицирование и т. д.

Насыщение поверхностного слоя происходит при нагреве детали до определенной температуры в среде, легко выделяющей насыщающий элемент в активном состоянии, и выдержке при этой температуре. Среды, выделяющие насыщающий элемент, могут быть газообразными, жидкими и твердыми.

В отличие от поверхностной закалки при химико-термической обработке разница в свойствах достигается не только изменением структуры металла, но и его химического состава. ХТО не зависит от формы деталей. Она обеспечивает получение упрочненного слоя одинаковой толщины по всей поверхности. ХТО дает более существенное различие в свойствах поверхности и сердцевины деталей. ХТО изменяет химический состав и структуру поверхностного слоя, а поверхностная закалка — только структур. Вместе с тем ХТО уступает поверхностной закалке по производительности.