Файл: Технология металлов и конструкционные материалы учебное пособие..pdf

пальцы, распределительные валики, шестерни тракторов и сельскохозяйственных машин изготавливают из ста­

стали 45 изготавливают коленчатые валы тракторов и автомо'билей и тяжелоиагруженные валы с поверхност­

и отпуска.

Сегменты и ножи режущих аппаратов изготавлива­ ют преимущественно из стали У9 (ГОСТ 1435—54); их подвергают местной закалке и отпуску на твердость ра­ бочей части HRC 50—60.

В сельскохозяйственном машиностроении наиболь­ шее распространение получили пружины, навитые из патентированной проволоки (см. § 24). Навитую пру­ жину подвергают отпуску при температуре 280—350°С для снятия напряжений. Для звеньев гусениц тракторов применяют сталь Г13Л. Для впускных клапанов трак­ торов и автомобилей преимущественно применяют сталь типа 40Х с последующим улучшением, с получением твердости до HRC 30—36, а для выпускных клапанов — преимущественно сталь 4Х9С2, подвергаемую улучше­ нию с получением твердости до HRC 30—40. Торцы обо­ их клапанов закаливают до твердости H R C ^ 45.

Детали для землеройных машин изготавливают из сталей тех же марок, что и для почвообрабатывающих машин; рабочие части землеройных машин, например ковши экскаваторов, — из стали 45. Для повышения из­ носостойкости зубьев ковшей на них наплавляют твер­ дые сплавы типа сормайт (см. дальше).

Инструментальные стали делят на углеродистые, ле­ гированные и быстрорежущие. Углеродистые и легиро­ ванные применяют для всех видов инструментов, а бы­ строрежущие— преимущественно для режущего инстру­

мента.

Углеродистые стали (ГОСТ 1435—54) марок У7, У8

85

и Т. Д. до У13 являются! качественными сталями п их применяют для менее ответственных инструментов. Ста­ ли У7А, У8 А и т. д. являются высококачественными и служат для изготовления более ответственных инстру­ ментов. Буквой У обозначают инструментальные угле­ родистые стали, а цифра указывает десятые доли про­ цента углерода. Так, сталь У7А содержит около 0,7% С и является высококачественной. Стали У7—У 10, У7А— У10А применяют для изготовления штамбового инстру­ мента, а стали У 10—У13 и У10А—У13А — режущего й мерительного инструментов.

Инструментальные легированные стали (ГОСТ

5950—63). Маркировка, указанных еталей не отличает­ ся от углеродистых в отношении содержания углерода и от легированных конструкционных сталей по обозна­ чению легирующего элемента. Так, сталь 8X3 содержит около 0,8% С и ~3% Сг. Стали 6 ХВГ и 5ХНМ приме­ няют для ответственных штампов горячей штамповки, а стали с содержанием углерода около 1 % и вольфрама или хрома около 1 % — для режущего инструмента.

Для изготовления режущего инструмента широко ис­ пользуют быстрорежущие стали (ГОСТ 9373—60), ха­ рактеризующиеся красностойкостью.

Структура режущего инструмента состоит из карби­ дов в мартенсите. В быстрорежущем инструменте мар­ тенсит и карбиды не снижают своей твердости при на­

элементами мартенсит при нагреве до 600°С не претер­ певает никаких превращений (красностойкость) и со­ храняет свою твердость, в то время как мартенсит угле­ родистой стали при нагреве до 600°С переходит в сор­ бит. Поэтому режущий инструмент, изготовленный из углеродистой и даже легированной стали, может быть применен лишь при малых скоростях резания и при об­ работке мягких металлов и древесных материалов, а быстрорежущую сталь применяют для обработки твер­ дых материалов и при больших скоростях резания.

'Наибольшее распространение получили стали марок Р9 и Р18 (буква Р обозначает быстрорежущую сталь), в состав которых входит углерод — около 0 ,8 %, хром — около 4,0 и ванадий— 1 ,0 —2 ,6 %. Цифры 9 и 18 указы-» вают содержание вольфрама в процентах.

Легирующие элементы быстрорежущей стали почти

86

все находятся в карбидах. Чтобы получить легирован­ ный красностойкий мартенсит, необходимо растворить наибольшее количество карбидов в аустените. Это до­ стигается нагревом при закалке до температуры 1240— 1290°С. Закаленная с этой температуры в масле сталь получает структуру мартенсита, аустенита и карбидов й имеет твердость HRC 61—63. Чтобы повысить твер­ дость и износостойкость стали, ее подвергают трехкрат-

Рнс. 41. Режим термической обработки быстрорежущей стали

ному отпуску при температуре 560°С для перехода аус­ тенита в мартенсит, после чего твердость HRC достига­ ет 65. Режим термической обработки быстрорежущей стали приведен на рис. 41 (волнистыми линиями пока­ заны температуры образования мартенсита).

Инструменты — зубила и бородки слесарные, их под­ вергают местной закалке и отпуску на твердость HRC 52—55, изготавливают из углеродистой стали марки У7А.

Молотки-ручники и отвертки делают из сталей У7, У8 , а кувалды — из стали 50 с закаленной и отпущенной до твердости HRC 48—51 рабочей частью.

Ключи гаечные изготавливают из стали 40 или 40Х. Подвергнутая закалке и отпуску головка ключа имеет твердость HRC 40—45.

Инструменты, работающие при больших скоростях резания — резцы, фрезы и т. д., изготавливают из быст­ рорежущей стали.

§ 29. Чугун

Белый чугун имеет ограниченное применение из-за высо­ кой твердости и хрупкости. В технике широко применя­ ют серый чугун, в структуре которого углерод частично

87

фита — структура серого чугуна наибольшей прочности (перлитный чугун).

Серый чугун имеет широкое применение в машино­ строении благодаря высоким литейным свойствам, обра­ батываемости резанием, износостойкости, сопротивле­ нию сжатию и способности поглощения колебаний.

Отливки из серого чугуна для смягчения подвергают отжигу, а для повышения прочности и твердости —за­ калке с отпуском, высокочастотной закалке, азотирова­ нию, алитированию и т. д. по режимам, аналогичным ре­ жимам термической обработки стали, имеющей фер­ рито-перлитную или перлитную структуру. Особо слож­ ные отливки (крупные станины станков) для устранения внутренних напряжений подвергают искусственному старению при 500—600°С в течение 9—10 ч с последую­ щим медленным охлаждением.

Отливки из серого чугуна изготавливают по ГОСТ 1412—70. Серый чугун маркируют буквами СЧ и двумя

способствует растворению крупных пластинок графита, а модифицирование (создание значительного числа цен­ тров кристаллизации графита)— получению тонкопла­ стинчатого графита в отливке. В качестве модификато­ ров применяют кальций, кремний, алюминий.

Еще более высокую прочность и особенно пластич­ ность имеет высокопрочный чугун с шаровидным графи­ том (рис. 42,6). Этот чугун получают црийадкой магния в ковш, в который заливают жидкий чугун.

Отливки из высокопрочного чугуна изготавливают по ГОСТ 7293—70. Сюда входят чугуны марок от ВЧ38-17 до ВЧ120-4, где первое число также обозначает

сгв, кгс/мм2, а второе б, %.

Ковкий чугун — чугун с хлопьевидным графитом, по­ лученный из отливок белого чугуна, в которых отжигом (томлением) при 1050—680°С цементит (Fe3C) разлага­ ется по реакции Fe3C-»-3Fe-)-'C. Выделяющийся при этом углерод в виде графита кристаллизуется в хлопьевид­ ные зерна (рис. 42,в).

В зависимости от продолжительности второй стадии графитизации при температурах 740—680°С можно по-

89

Лучить ферритный, феррито-перлитный пли перлитный ковкий чугун. В ГОСТ 1215—59 приведены ферритные ковкие чугуны марок от -К.ЧЗО-6 до КЧ37-Т2, феррнюперлитные КЧ45-6 и перлитные от КЧ50-4 до КЧ63-2. Ковкий чугун так же, как и серый, поддается термичес­ кой обработке.

В автомобилях, тракторах и сельскохозяйственных машинах из серого чугуна марок СЧ12-28, СЧ15-32 из­ готавливают наименее ответственные детали. Более от­ ветственные детали, такие как рамы, кронштейны, шки­ вы, делают из серого чугуна марок СЧ18-36, СЧ21-50,

СЧ28-48.

Более тяжело нагруженные детали: зубчатки, звез­ дочки, храповики, работающие на износ, изготавливают из тех же марок чугунов, но подвергают закалке в мас­ ле и отпуску до твердости НВ 321—429. Эти же детали можно получать и из высокопрочного чугуна.

Детали, которые наряду с прочностью должны обла­ дать и достаточной вязкостью, изготавливают из ковко­ го чугуна. Втулки подшипников сельскохозяйственных машин, вилки карданных передач и шестерни получают из ковкого чугуна марок К.Ч45-6, КЧ37-2.

Высокопрочный чугун применяют для шестерен и картеров редукторов, а также для коленчатых валов.

§ 30. Коррозия металлов и сплавов

Коррозия — это процесс разрушения металлов под воз­ действием внешней среды. Потери от коррозии весьма значительны. В сельскохозяйственном производстве ма­ шины используют только часть года, а остальное время хранят в условиях, недостаточно обеспечивающих защи­ ту от коррозии. Поэтому вопрос о коррозии и мерах борьбы с ней особенно актуален.

Различают два вида коррозии: электрохимическую и химическую. Электрохимическая коррозия является ре­ зультатом воздействия электролита на металл. Наибо­ лее часто встречающимися на практике электролитами являются водные растворы солей, кислот и щелочей, а также атмосфера, в которой постоянно имеются водя­ ные пары, насыщенные солями, морская и речная вода, и другие среды, соприкасающиеся с металлом.

Известно, что металл, погруженный в электролит, не­ прерывно отдает положительно заряженные ионы в ра­

90

створ и сам заряжается отрицательно, т. е. приобретает электрический потенциал. Различные металлы в одном и том же электролите имеют различные потенциалы.

Стандартные значения нормальных потенциалов важнейших материалов возрастают в следующем поряд­ ке: Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu, Ag, Au, причем потенциал Mg —1,55 В, a Au +1,5 В. В nape Zn — Fe

будет разрушаться цинк, а в nape Ni—Fe железо, т. е. в паре разрушаются те металлы, потенциал которых бу­ дет меньше.

Металлы и сплавы при воздействии на них электро­ литов можно рассматривать как многоэлектродные эле­ менты, состоящие из огромного числа микроскопически малых коррозионных гальванических пар — микрогальванопар. Чем сильнее отличаются электродные потен­ циалы фаз, находящихся в сплаве, тем быстрее проис­ ходит его коррозионное разрушение. Отсюда следует, что высокую коррозионную стойкость могут иметь либо чистые металлы, либо сплавы, имеющие однородную структуру твердого раствора.

Практически электрохимической коррозии подверже­ ны не столько металлические детали в месте их сопря­ жения (болт и гайка), сколько сами сплавы, структура которых неоднородна, т. е. многофазна.

Структурные составляющие обладают различными потенциалами, что обусловливает развитие в сплаве структурно-избирательной коррозии. Так, сплав Sb — Pb, структура которого состоит из зерен свинца и сурь­ мы, подвержен этому виду коррозии, так как сурьма имеет потенциал +0,2 В, а свинец —0,127 В, и разру­ шается свинец. Таким образом, чистые металлы и одно­ фазные сплавы имеют более высокую коррозионную стойкость.

Химическая коррозия — это коррозия металлов, про­ исходящая без воздействия электролита и заключаю­ щаяся в том, что поверхностные слои металла вступают в химическое соединение с окружающей средой; напри­ мер с газовой — кислород воздуха или с жидкой — бен­ зин, масло. В этом случае металл покрывается пленкой окислов, которая у некоторьщ металлов (железа) явля­ ется непрочной и легко отделяется.

Пассивирование заключается в образовании на по­ верхности металла под воздействием окружающей атмо­ сферы весьма тонкой пленки окислов. Эта пленка проч­

91

но связана с металлом, не отслаивается и является ан­ тикоррозионной.

Для борьбы с коррозией применяют различные ме­ тоды, из которых наиболее распространенными являют­ ся нанесение покрытий и применение антикоррозионных сплавов.

Нанесение покрытия заключается в том, что поверх­ ность металлического изделия покрывают слоем, защи­ щающим это изделие от коррозии. Различают два вида покрытий — металлическое и неметаллическое.

Металлическим покрытием служит тонкий слой ме­ талла на поверхности защищаемого сплава. В качестве таких покрытий для стальных изделий используют ни­ кель, хром, цинк, кадмий и др.

Неметаллическими покрытиями служат лаки, краски и масла, а также тонкие окисные пленки (воронение). В тех случаях, когда покрытия не могут обеспечить за­ щиты деталей от коррозии, детали изготавливают из антикоррозионных сплавов, таких как нержавеющие, кислотоупорные стали, бронзы и т. д.

§ 31. Термическое и деформационное старение стали

Под старением понимают изменение свойств, протекаю­ щее во времени без заметного изменения микрострукту­ ры. Известны два вида старения стали: термическое и деформационное (механическое).

Термическое старение протекает в результате изме­ нения растворимости углерода в a -железе (см. рис. 31) в зависимости от температуры. При ускоренном охлаж­ дении с температур 650—700°С (как, например, при сварке, охлаждении тонкого листа после прокатки и т. д.) в низкоуглеродистой стали задерживается выделе­ ние цементита и при комнатной температуре фиксиру­ ется пересыщенный а — раствор. При последующей вы­ держке стали при комнатной или при повышенной тем­ пературе (50—150°С) происходит распад твердого ра­ створа.

Деформационное (механическое) старение протекает после пластической деформации, если она происходила при температуре ниже температуры рекристаллизации. Деформационное старение развивается в течение 15—

92