Контрольная работа: Технология обработки стали холодом

В сталеплавильных цехах сталь из ковша разливают либо в изложницы, либо на машинах непрерывной разливки.

Для длительного хранения стали ее разливают в формы – чушки и хранят на складе с соблюдением всех мер безопасности.

Транспортировка стали в чушкам производится на грузовиках с соблюдением всех требований к транспортировке.

2.3 Крепление деталей

Для изготовления деталей машин, приборов, агрегатов, радиоэлектронных изделий используют конструкционные материалы, которые подразделяются на металлические, неметаллические и композиционные.

Особо большое значение имеют металлы и их сплавы благодаря наличию комплекса свойств: высокой твердости, прозрачности, вязкости, пластичности, тепло- и электропроводности, теплоэлектронной эмиссией, хорошей отражательной способностью.

Наиболее широко используются сплавы, получаемые от спекания порошков двух или более металлов или металлами с неметаллами.

В твердом состоянии металлы и сплавы имеют кристаллическое строение. В кристаллах атомы располагаются в строго определенном положении и образуют сложные или простые решетки. Решетки могут быть объемно централизованная кубическая (ОЦК), гранецентрированная кубическая (ГЦК), гексагональная плотноупакованная (ГПУ).

В кристаллах всегда имеются дефекты строения, которые подразделяются по геометрическим признакам на точечные, линейные и поверхностные. Эти дефекты вызывают незначительные искажения кристаллической решетки металлов, но они могут вызвать нежелательные последствия при использовании этих металлов. Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей и продолжается в процессе роста их числа и размеров. Кристаллы, образующиеся в процессе затвердевания металла, могут иметь различную форму в зависимости от скорости охлаждения, характера и количества примесей. Чаще в процессе кристаллизации образуются разветвленные кристаллы, получившие название дендридов; такое строение характерно для макро- и микроструктуры литого металла (сплава).

3 Виды обработки

Для упрочнения качественных характеристик металла применяют термическую обработку, состоящую из нагрева и охлаждения. Термической обработке подвергают слитки, отливки, полуфабрикаты, сварные соединения, детали машин, инструменты.

Основные виды термической обработки – отжиг, закалка, отпуск и старение.

Каждый из указанных видов имеет несколько разновидностей.

Отжиг – термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают структуру, близкую к равновесной: отжиг вызывает разупрочнение металлов и сплавов, сопровождающиеся повышением пластичности и снятием остаточных напряжений.

Закалка – термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Неравновесные структуры при термической обработке можно получить только в том случае, когда в сплавах имеются превращения в твердом состоянии: переменная растворимость, полиморфные превращения твердых растворов, распад высокотемпературного твердого раствора по эвтектоидной реакции. Конструкционные и инструментальные сплавы закаливаются для упрочнения.[2]

Отпуск и старение – термическая обработка, в результате которой в предварительно закаленных сплавах происходят фазовые превращения, приближающие их структуру к равновесной. Сочетание закалки с отпуском или старение практически всегда предполагает получение более высокого уровня свойств по сравнению с отожженным состоянием.

При термической обработке стали возникают дефекты, к которым относятся: трещины – образуются при закалке в тех случаях, когда внутренние растягивающие напряжения, возникающие в результате мартеновского превращения, превышают сопротивление стали разрушению. Трещины – неисправимый дефект.

Деформация и коробление – изменения размеров и форм изделий, происходит при термической обработке в результате термических и структурных напряжений под воздействием неравномерного охлаждения и фазовыми превращениями. Коробление труднее устранить в длинных и тонких изделиях.

Химико-термической обработкой называют обработку, заключающуюся в сочетании термического и химического воздействия на металлы и сплавы для изменения химического состава структуры и свойств в поверхностных слоях. Химико-термическая обработка сводится к насыщению поверхностного слоя стали неметаллами или металлами в процессе выдержки при определенной температуре в активной жидкой или газовой среде.

Химико-термическую обработку широко применяют для упрочнения деталей машин, повышения твердости, износостойкости. Есть несколько направлений этой процедуры.

Цементация – это химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в соответствующей среде – карбюризаторе. Окончательные свойства цементованные изделия приобретают в результате закалки низкого отпуска, выполняемых после цементации. Для цементации используют обычно низкоуглеродистые, чаще легированные стали. На цементацию детали поступают после механической обработки с припуском на шлифование.

Нитроцементация – это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом в газовой среде, состоящей из науглеруживающего газа и аммиака. После этого процесса следует закалка и отпуск. Нитроцементации обычно подвергают детали сложных конструкций, конфигурации, склонные к короблению. Широко применяется в автомобиле-, и тракторостроении.

Азотирование – процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом, очень сильно повышающий твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в таких средах как атмосфера, вода, пар.

Цианирование – процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом в расплавленных цианистых солях. Цианирование при сравнительно низких температурах позволяет выполнить закалку непосредственно из цианистой ванны. После закалки следует низкотемпературный отпуск. Применяют для упрочнения мелких деталей.

Борирование – химико-термическая обработка, заключающаяся в насыщении поверхностного слоя стали бором при нагреве в соответствующей среде. Применяют для повышения износостойкости втулок, грязевых нефтяных насосов, дисков пары турбобуров, вытяжных, гибочных и формировочных штампов, деталей пресс-форм машин для литья под давлением.

Силицирование – насыщение поверхности стали кремнием. Используется в обработке деталей для оборудования химической, бумажной, нефтяной промышленности.

Хромирование используют для деталей паросилового оборудования, пароводяной арматуры, клапанов, вентилей, патрубков и других деталей, работающих в агрессивных средах.[3]

Закалка - это операция термической обработки, заключающаяся в нагреве стали на 30-50°С выше критических точек Ас3 - для доэвтектоидных и Ас1 - для заэвтектоидных сталей и выдержке при этой температуре для завершения фазовых превращений и последующем охлаждении со скоростью выше критической. Сталь 12Х2НВФА является доэвтектойдной, критическая точка Ас3 равна 840°С, поэтому температура нагрева при закалке равна . Оптимальной охлаждающей средой при закалке для данной стали является масло, так как оно быстро охлаждает сталь в интервале температур минимальной устойчивости аустенита и замедлено в интервале температур мартенситного превращения, то есть при охлаждении в масле происходит одновременное мартенситообразование во всей детали, и снижается возможность образования закалочных трещин. В результате закалки прочность и твёрдость увеличиваются, а пластичность и вязкость снижается.

Структура после закалки: на поверхности мелкоигольчатый мартенсит, с равномерно распределёнными карбидами и аустенит остаточный, в сердцевине - малоуглеродистый мартенсит.

Обработка холодом заключается в охлаждении закалённой стали до температуры ниже Мк. Температура Мк данной стали равна -70°С, поэтому обработку холодом проводится при температуре - 50°С.[4]