Технология термической обработки материалов

Технология  обработки металлов. Элементы машиноведения  

16. Классификация сталей. Термическая обработка  сталей  

     Как вам уже известно, сталь — это  сплав железа с углеродом и  другими химическими элементами. По химическому составу стали  подразделяются на углеродистые и легированные.

     В углеродистой стали содержится 0,4...2% углерода. Углерод повышает твердость стали, но увеличивает ее хрупкость и снижает пластичность.

     Конструкционная углеродистая сталь бывает обыкновенного  качества и качественная.

     Сталь обыкновенного качества обозначается буквами Ст и цифрой от 0 до 7: Ст 0, Ст 1 и т.д. Цифры показывают порядковый номер марки стали. Чем больше цифра, тем выше содержание углерода и прочность стали. Из стали обыкновенного качества изготавливают строительные конструкции, гайки, болты, заклепки, трубы, листовой прокат и др.

     Углеродистая  качественная сталь обладает повышенной прочностью. Она обозначается двумя  цифрами: 05, 08, 10, 20, 30 и т.д. Цифры показывают содержание углерода в сотых долях  процента. Из этой стали изготавливают  зубчатые колеса, валы, оси, шкивы и  др.

     Инструментальная  углеродистая сталь обладает большей  прочностью и твердостью, чем конструкционная, и применяется для изготовления молотков, зубил, ножниц по металлу, ножовочных полотен, напильников и др. Обозначается она: У10, У11, У12 и т.д. Цифры показывают содержание углерода в десятых долях  процента.   

     При добавлении в сталь во время плавки других элементов ( хрома, никеля, вольфрама и др.) изменяются ее свойства. Одни элементы повышают прочность и твердость, другие — упругость, третьи делают сталь антикоррозионной и т.д. Стали, в которых есть эти элементы, называются легированными. Легирующие добавки в сталях обозначают буквами: X — хром, В — вольфрам, Н — никель, Г — марганец, Ф — ванадий, М — молибден и т.д. Например, в стали 40ХН 0,4% углерода и по одному проценту хрома и никеля.

     Легированные  конструкционные стали применяют  для изготовления рессор, пружин, шестерен и др., а легированные инструментальные для изготовления режущего инструмента: фрез, зенкеров, плашек, метчиков и др.

     Свойства  сталей можно изменять с помощью  теплового воздействия — термической обработки (термообработки). Она заключается в нагреве заготовки до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении. Температура нагрева зависит от вида термообработки и содержания углерода в стали.

     Различают следующие виды термообработки: закалку, отпуск, отжиг.

     При закалке металл нагревают до определенной температуры (например, до 800°С), выдерживают при этой температуре, а затем быстро охлаждают в воде, масле, водных растворах солей. Закалка повышает твердость и прочность стали, но вместе с тем повышается и ее хрупкость.

     Хрупкость стали после закалки можно  уменьшить с помощью отпуска. Отпуск представляет собой нагрев остывшей закаленной детали до определенной температуры (например, до 400...500°С) с последующим охлаждением в воде или на воздухе. Отпуск повышает пластичность стали, что улучшает ее обрабатываемость.

     При отжиге заготовку нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре и медленно, часто вместе с печью, охлаждают (в этом главное отличие от закалки). Отжиг резко снижает твердость стали, она становится мягче и лучше обрабатывается.

     Углеродистые  стали, содержащие менее 0,25...0,3 % углерода, не закаливают из-за незначительного  увеличения твердости и прочности. У сталей, содержащих более 0,3 % углерода, после закалки в несколько  раз повышается твердость и прочность.

     Проводить рассмотренные выше виды термообработки можно в школьных мастерских, пользуясь  муфельными печами небольшого размера. Температуру закалки можно контролировать по цветам каления. При нагреве стальной заготовки она изменяет определенным образом свой цвет, поэтому по ее цвету приближенно устанавливают  температуру, до которой она нагрета (табл. 3).

     Таблица 3. Цвета каления  при закалке заготовок 

     Температуру отпуска можно контролировать по цветам побежалости (табл. 4). Например, если при нагреве поверхность  заготовки приобрела темно-синий  оттенок, значит, она нагрета до температуры  примерно 300°С.

     На  предприятиях термическую обработку  материалов выполняют рабочие —  термисты. Термист должен разбираться в свойствах металлов, хорошо знать режимы термообработки различных сплавов, умело пользоваться термическими печами, строго соблюдать правила безопасности. 

Таблица 4. Цвета побежалости  при нагреве заготовок

 Практическая  работа