Контрольная работа по «Материаловедению»

Металлы и их сплавы широко применяются для изготовления инструментов (их рабочей части). В  основном это инструментальные стали и твёрдые сплавы. В качестве инструментальных материалов применяются также алмаз, нитрид бора, керамика.

18. Способы разливки  стали. Начертить  схему установки  по непрерывной  разливки стали ее достоинства и недостатки. 

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. При разливке сверху металл поступает в изложницу 1 непосредственно из сталеразливочного ковша 2 (рисунок 1, а) или через промежуточное устройство 3. В случае сифонной разливки (рис. 2) жидкая сталь из сталеразливочного ковша 1 попадает в центровую 2 и затем по сифонной проводке 3 снизу поступает в изложницы 4, установленные на поддоне 5.

Исторически сложилось  так, что разливка сверху явилась  первым способом отливки стальных слитков. В дальнейшем с повышением требований к качеству поверхности слитков, улучшением технологии изготовления огнеупорных изделий и увеличением емкости сталеплавильных агрегатов сифонный способ разливки стали получил широкое распространение на заводах, где не были установлены мощные обжимные станы и поэтому отливали мелкие слитки.

Как показали результаты неоднократно проведенных сравнительных  исследований, качественные показатели металла (механические свойства, макроструктура, содержание неметаллических включений и т. д.), а также величина брака из-за дефектов металла в прокатных цехах и на машиностроительных заводах практически не зависят от способа разливки.

В то же время  сифонная разливка стали имеет следующие  преимущества перед разливкой сверху. 
Преимущества сифонной разливки стали:

• Возможность одновременной (на одном поддоне) отливки четырех — шести слитков массой 3—7 т и до шестидесяти более мелких слитков, что позволяет плавки большой массы разливать с меньшей общей продолжительностью.
• Удобство наблюдения за поверхностью поднимающегося в изложнице уровня металла и возможность регулирования скорости разливки стали в относительно большом интервале в зависимости от температуры и состава металла.
• Лучшая поверхность слитков и уменьшение в 2,5—4 раза затрат труда на зачистку слитков и прокатанных заготовок.

Недостатки сифонной разливки стали:

• Уменьшение из-за потерь с литниками выхода годного металла 4 на 0,9—1,3% в зависимости от массы слитка.
• Увеличенный расход огнеупорных изделий на центровые и сифонные проводки, обслуживание и содержание дополнительного оборудования и повышенные затраты труда на подготовку поддонов.сборку центровых.

Хотя поверхность  слитков при сифонном способе  разливки стали заметно чище и  поэтому требует значительно  меньшего времени на зачистку металла, все же при применении этого способа разливки суммарные часовые затраты труда на 1 тонну стали, расходуемые на потготовку изложниц и зачистку металла, оказываются в 1,5—5 раза выше, чем при разливке сверху.

В целом, оценивая различные способы разливки стали следует признать, что разливка стали сверху в условиях современных сталеплавильных цехов большой производительности, где стали разливают в крупные слитки, имеет несомненные преимущества, и этот способ чаще всего предусматривается в проектах вновь строящихся заводов.

На заводах  качественной металлургии и заводах, где металл разливают в слитки мелкого и среднего развеса, следует  признать целесообразным сохранение сифонного  способа . Что касается разливки высоколегированных сталей и сплавов, требующих обязательной обдирки слитков перед последующим переделом, то ее осуществляют сверху, поскольку это позволяет устранить потери металла в виде литников.

29. Классификация легированных  сталей. Маркировка  по стандарту.  Область применения легированных сталей.

Существует несколько  методов классификации легированны  сталей: по содержанию легирующих элементов, по числу комп нентов (элементов, определяющих ее свойства), по микрострук туре и по назначению.

В зависимости  от содержания легирующих элементов легир ванные стали делят на три группы: низколегированные — содер ляшие менее 2,5% легирующих добавок; среднелегированные — fr 2,5 до 10%; высоколегированные — более 10%. I. Компонентами углеродистой стали являются железо и углерод. В легированной стали, кроме железа и углерода, компонентами являются легирующие примеси. Следовательно, углеродистые стали — двухкомпонентные. Стали, содержащие один легирующий элемент, — трехкомпонентные. Стали, содержащие пять компонентов и более, называют многокомпонентными.

Классификация легированных сталей по микроструктуре несколько условна. Характерные  для какого-либо класса структуры  получаются в результате различных  режимов термической обработки. Стали ферритного, перлитного и мартенситного  классов названы по микроструктурам, получаемым при охлаждении на воздухе (нормализации). Стали аустенитного класса получают характерную структуру аустенита после нагрева до температур около 1000—1200° С и резкого охлаждения — аустенитизации. И, наконец, стали ледебуритного класса получают характерную микроструктуру с участками ледебурита в результате очень медленного охлаждения литых деталей (отжига).

Стали ферритного класса содержат мало углерода, свыше 13% хрома или более 2,5% кремния; применяются  как нержавею-, щие или электротехнические стали.

Стали перлитного класса наиболее распространены. Структура  сталей этого класса после нормализации или отжига состоит из феррита  и перлита или перлита и  карбидов. Такие стали содержат мало легирующих примесей. Все они относятся  к низко- и среднелегированным сталям. Обладают хорошей обрабатываемостью режущим инструментом. Многие стали перлитного класса, содержащие 0,15—0,20% С, хорошо свариваются. Легированные стали перлитного класса в настоящее время широко применяют для изготовления барабанов, пароперегревателей, паропроводов паровых котлов, роторов турбин, крепежных деталей фланцевых соединений, деталей арматуры на высокие параметры пара и т. д.

Стали мартенситного  класса закаливаются на мартенсит при  охлаждении на воздухе. Они относятся в основном к среднелегированным сталям. Их применяют для изготовления труб нефтеаппаратуры, режущих медицинских инструментов.

Стали аустенитного класса после закалки имеют аустенитную  структуру. Некоторые из них сохраняют  аустенитную структуру после нормализации. Они содержат много никеля или марганца. В теплотехнике их применяют для изготовления пароперегревателей, паропроводов, арматуры на сверхвысокие и сверхкритические параметры пара. В электротехнике аустенитные стали находят применение как немагнитные, в химическом машиностроении — как нержавеющие стали.

Стали ледебуритного  класса в литом состоянии содержат эвтектику — ледебурит. Все они  — высоколегированные с большим  содержанием углерода. После ковки  или прокатки сетка кап. бидов  ледебурита дробится и превращается в отдельные мелкие карбидные зерна. Эти стали применяют для изготовления режущего инструмента, облицовки лопастей гидротурбин, работающих в ус-ловиях интенсивного абразивного износа твердыми взвешенными в воде частицами, и в других случаях, когда требуются высокая твердость и износостойкость.

По назначению легированные стали разделяются  на три основные группы: конструкционные, инструментальные и стали с особыми  свойствами. Каждая из этих групп может  быть разделен на более мелкие подгруппы. Подробная классификация легиро ванных сталей по назначению приведена на рис. 90.

В Советском  Союзе для маркировки легированных сталей принята буквенно-цифровая система. Каждый легирующий элемент обозначается прописной буквой:

Легирующий элемент обычно обозначают первой буквой ег названия, за исключением меди и марганца. Медь обозначаю буквой Д, а марганец — буквой Г, т. е. буквами, входящими в и названия и не используемыми для обозначения других металло

Цифры, следующие  за буквой, указывают примерное содерж ние легирующих элементов в процентах. Если в стали содержите менее 1 % легирующего элемента, то цифра не ставится. При содержании легирующего элемента от 1 до 2% после буквы ставят цифру 1 Двузначное число в начале марки обозначает содержание углерода в сотых долях процента; однозначное число в начале марки, принятое в обозначениях марок высоколегированных конструкционных сталей и инструментальных сталей, — содержание углерода в десятых долях процента. При содержании в высоколеги-рованных сталях менее 0,08% углерода в начале марки ставится цифра 0. Цифр перед маркой не ставят в обозначениях многих инструментальных сталей, содержащих около 1% или более углерода, а также в марках высоколегированных сталей, если нижний предел содержания углерода не ограничен при верхнем пределе 0,09% и более.

Так, перлитная  сталь для пароперегревателей и  паропроводов, содержащая 0,12% углерода, 1,1% хрома, 0,3% молибдена и 0,2% ванадия, обозначается 12Х1МФ. Аустенитная сталь  Х18Н12Т, часто используемая в теплотехнике, содержит до 0,09% углерода, 18% хрома, 12% никеля и менее 1% титана. Сталь 0Х18Н12Т содержит углерода менее 0,08%, а сталь Х12Ф — около 1% углерода.

Химический состав и механические свойства проката  из низколегированных сталей должны отвечать требованиям ГОСТ 4543— 61. По этому стандарту все легированные стали классифицируют на качественные и высококачественные в зависимости от допустимого содержания серы, фосфора, меди и никеля. Ограничения на содержание этих элементов действительны тогда, когда они не вводятся в сталь в качестве легирующих примесей. В конце марки высококачественной стали ставят букву А, например 38ХМЮА.

Эта система  классификации позволяет по марке  стали судить о ее составе и  свойствах.

Некоторые подгруппы  сталей по стандарту имеют особую маркировку. Марки электротехнических тонколистовых кремнистых сталей начинаются с буквы Э, например сталь Э42. Марки сталей, используемых для изготовления постоянных магнитов, начинаются с буквы Е, например ЕХЗ. Марки быстрорежущих сталей начинаются с буквы Р, шарикоподшипниковых — с буквы Ш. Более подробно маркировка этих сталей будет разобрана в соответствующих разделах.

Кроме стандартной  маркировки легированных сталей, распространена маркировка завода «Электросталь». Опытные  и не стандартизованные стали маркируют буквами ЭИ и ЭП (электросталь исследовательской или поисковой плавки) и порядковым номером. Например, сталь 4Х14Н14В2М маркируется ЭИ69.

ассмотрим некоторые  маркировки сталей, принятые за рубежом.

В ФРГ принята  также буквенно-цифровая система маркировки стали При этом используются три способа маркировки: по механическим свойствам, по химическому составу и кодирующий, специальными символами, которые не связаны непосредственно с механическими свойствами или химическим составом.

При маркировке по механическим свойствам (например, сталь марки TSt37.7) символ St означает, что сталь углеродистая, выплавленная в конвертере с основной футеровкой (символ Т) имеет предел прочности не менее 37 кГ/мм2, цифра 7 в конце марки, — индекс, которому соответствует определенный комплекс гарантированных механических свойств по соответствующему стандарту.

При маркировке по химическому составу одна из сталей для котельных барабанов обозначается 15СгМо9.4. Число 15 — среднее содержание углерода в сотых долях процента. Каждый легирующий элемент, входящий в состав стали, обозначается своим химическим символом. Сталь содержит около 2,2% хрома и 0,4% молибдена. Цифра 9 — индекс, определяющий содержание хрома, а цифра 4 — содержание молибдена. Порядок расположения индексов соответствует порядку расположения химических символов. Индексы не тождественны процентному содержанию элемента: они могут совпадать, но это не обязательно.

В начале марки  высоколегированной стали помещают символ X. Например, X 15CrNiSi .25.20 — высоколегированная сталь, содержащая хром, никель и кремний. Цифры 25 и 20 — индексы содержания хрома и никеля, которые в данном частном случае совпадают со средним содержанием этих элементов в стали (в процентах). Содержание кремния, не обозначенное в марке, составляет около 2%.

В США используется цифровая маркировка по системе Американского  института железа и стали (AISI). Марки  стали получаются короткими, но они  не позволяют непосредственно определить ни химического состава стали, ни ее механические свойства.

Аустенитные стали, содержащие в основном хром, никель и марганец, относятся к серии AISI200. Аустенитные стали, содержащие в основном хром и никель, — к  серии A1SI300. Феррит-ные хромистые  стали с 12—17% хрома образуют серию AISI400. Например, распространенная сталь 304 соответствует нашей стали 0Х18Н10. Перлитные стали имеют четырехзначное цифровое обозначение. Например, нашей стали 15ХМ соответств сталь 4130.

40. Назначить режим для стали 40ХН построить график, отпуск средний, закалка в одном охладителе.