Понятие качества стали и методы его повышения. Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества и качественные

 

 

 

 

Реферат

на тему

«Понятие качества стали и методы его повышения. Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества и качественные. Маркировка и область их применения.»

 

 

 

 

 

Москва

Содержание

1. Сталь – определение………………………………………………….... 3
2. Качество стали………………………………………………………..…3-5
3. Металлургические способы повышения качества стали……..5-6
1. Виды термической и химико-термической обработки и ее влияние на структуру и свойства стали…………………………………….....6-14
1. Отжиг
2. Закалка
3. Отпуск
4. Нормализация
2. Химико-термическая обработка………………………………....14-15
4. УГЛЕРОДИСТЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ……………15-16
1. Стали углеродистые обыкновенного качества
2. Стали углеродистые качественные конструкционные
5. Приложение……………………………………………………………...17
6. Список литературы………………………………………………….…18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I.Сталь

Сталь (от немецкого Stahl) - это деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и другими элементами. Указанное максимальное значение содержания углерода в стали (2%) является приблизительной общепринятой величиной [1]. Это значение условно и не однозначно. Например, согласно А.П Гуляеву [2] сталь - это железоуглеродистый сплав, который содержит менее 2,14 процентов углерода. Необходимо отметить при этом, что указанная граница (2,14% C) относится только к двойным железоуглеродистым сплавам (а также к сплавам, которые содержат сравнительно небольшое количество примесей). По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные, по назначению - на конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими и химическими свойствами (кислотостойкая сталь, коррозионно-стойкая, жаропрочная и др.). По характеру застывания металла в изложнице различают спокойную сталь, полуспокойную и кипящую [1].

В зависимости от содержания углерода различают следующие стали:

• Низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25% углерода
• Среднеуглеродистые стали, содержащие от 0,25 до 0,6% углерода
• Высокоуглеродистые стали, содержащие от 0,6 до 2% углерода

К низкоуглеродистым относятся стали, не содержащие легирующих компонентов (кроме углерода). В низкоуглеродистых сталях присутствуют марганец и кремний, однако они не считаются легирующими компонентами, если содержание марганца не превышает 1% и кремния—0,8%.

Большинство сварных конструкций  изготовляется из низкоуглеродистых  сталей, выпускаемых в виде листов и фасонного проката — уголка, швеллеров, двутавровых балок и  пр.

II.Качество стали

Качеством стали можно  считать целый комплекс параметров: химический состав стали, всевозможные свойства, как самого металла, так  и изделия, структуру сплава, технологичность  и др. Контроль качества стали предполагает проведение ряда операций и приемов, обеспечивающих заданный уровень качества металла в процессе его производства, а также оценку соответствия фактических потребительских характеристик и товарного вида готовой продукции требованиям стандартов. К наиболее распространенным дефектам относятся химическая и структурная неоднородность, повышенное содержание вредных примесей и неметаллических включений, дефекты макро- и микроструктуры, внутренние дефекты, дефекты формы и поверхности изделий и т. д. Для контроля и оценки разработаны специальные методы испытаний и средства измерения, а также соответствующие документы, характеризующие условия поставки и приемки. Применяются стандартные образцы, с которыми сравнивают фактические образцы с помощью спектрального, рентгеновского и других анализов. Номенклатура показателей качества зависит от вида поставок и назначения стали. Для оценки качества металла определяют его химический состав, механические свойства, делают макро- и микроструктурные анализы, производят внешний осмотр и др. Химический состав является основной и важной характеристикой качества стали, так как весь комплекс физических, химических, механических и технологических свойств зависит от содержания углерода, вредных, полезных и сопутствующих элементов. Химический состав во многом определяет режим последующей обработки сталей давлением, сваркой и термической обработкой, а также структуру и свойства полученных изделий. Анализ химического состава проводится для каждой плавки стали отбором средней пробы при разливке металла в слитки. Пробы заливают в чугунные стаканчики-изложницы, а после затвердения из них сверлением или строганием получают стружку металла для химического анализа. Результаты анализа вносят в сертификат на сталь данной плавки. Наиболее распространенными нормируемыми показателями механических свойств металлов являются уровень твердости, прочность, относительное удлинение и сужение, ударная вязкость и др. Приведенные свойства стали определяются как в исходном, так и в отожженном или термически обработанном состоянии. После проведения анализа выясняют соответствие полученных данных требованиям стандартов. Макроструктурный анализ применяется для исследования структуры сталей невооруженным глазом или при увеличении ее в 30 раз с помощью лупы. Изучение макроструктуры производится темя методами: методом изломов, методом макрошлифов и просмотром отшлифованной и протравленной поверхности готового изделия. Метод изломов позволяет определить наличие дефектов во внутреннем строении материала, толщину слоя поверхностной обработки, размеры зерен и их взаимное расположение и т. д. Метод макрошлифов основан на исследовании специальных макрошлифов, которые представляют собой продольные или плоские поперечные образцы, вырезанные из изделий. В результате анализа определяется волокнистость материала, неоднородность химического состава, а также дефекты внутреннего строения. Просмотром отшлифованной и протравленной поверхности готового изделия контролируется качество различной металлопродукции: слитков и отливок, изделий, полученных обработкой давлением, сваркой, механической и поверхностной обработкой и др. В процессе микроструктурного анализа структуру стали исследуют с помощью микроскопа. Строение металла, наблюдаемое при увеличении в 50-2000 раз, называется микроструктурой. Наибольшее распространение получили оптические микроскопы. Для изучения микроструктуры образец вырезают в продольном или поперечном направлении, затем шлифуют, полируют до зеркального блеска и протравливают специальным реактивом. Также получили распространение специальные физические методы контроля скрытых дефектов в металлических изделиях без их разрушения. Совокупность этих методов называется дефектоскопией. Основными видами дефектоскопии являются ультразвуковая, магнитная, рентгеновская, люминесцентная и др. Показатели качества металлов и изделий оформляются документом, которые делятся на две основные группы. Первая группа документов определяет технические требования к качеству металлов и изделий: ГОСТы, ТУ, наряд заказы и т. п., вторая- характеризует качество изделий данной партии или марки: сертификат о качестве, акт проверки качества и т. д.

Качество сталей обеспечивается металлургическим процессом и зависит  от многих факторов, одним из наиболее важных является разработка рациональных технологических режимов получения  стали, и в дальнейшем, естественно, соблюдение технологии. Эффективным  средством повышения качества стальных металлоизделий и обеспечения экономии металла является модифицирование  стали [6]. По мнению авторов [7] одним  из важнейших результатов модифицирования  стали является повышение жидкотекучести стали, которое улучшает заполняемость форм, повышает качество поверхности стальных отливок, что особенно важно при производстве точного литья.

 

Помимо общего понятия  качества стали существует также  классификационные характеристики, согласно которым сталь относят  к сталям обыкновенного качества, качественным сталям или высококачественным.

III.Металлургические способы повышения качества стали.

 Разработан ряд новых  и эффективных способов повышения  качества стали непосредственно  в металлургическом производстве. Эти способы основаны, во-первых, на более полном удалении из сталей газов и вредных неметаллических включений и, во-вторых на изменении химического состава сталей за счет ввода в них специальных легирующих элементов, улучшающих различные свойства сталей. В выплавленной стали всегда содержится определенное количество газов и неметаллических включений. Содержание газов даже в сотых и тысячных долях процента существенно снижает механические и другие свойства стали. Неметаллическими включениями, содержащимися в стали, являются соединения железа, кремния, марганца и др. Основными металлургическими способами снижения содержания газов и неметаллических включений в стали являются: электрошлаковый ее переплав, рафинирование синтетическим шлаком, вакуумная дегазация, вакуумно-дуговой переплав, переплав в электроннолучевых печах и др. Снижение в стали неметаллических включений достигается также изменением сочетания и последовательности введения раскислителей. При электрошлаковом переплаве из металла, подлежащего обработке, вначале изготавливают электроды, которые затем опускают в сой рабочего флюса, обладающего высоким сопротивлением. При прохождении электрического тока рабочий флюс плавится и образуется шлак, который выделяет тепло. Проходя через жидкий шлак, капли металла очищаются от вредных примесей и образуют высококачественный слиток. Этот метод целесообразно применять при получении высококачественных шарикоподшипниковых сталей, жаропрочных сплавов, изготовлении деталей турбин и др. Сущность обработки металла синтетическим шлаком заключается в том, что жидкую сталь из плавильной печи выливают в ковш со специальным синтетическим шлаком с большой высоты. При бурном перемешивании шлак всплывает, сталь получается чистой. Рафинирование жидким синтетическим шлаком в ковше улучшает макроструктуру стали, удаляет до 70% серы. Этот способ нашел широкое применение при обработке конвертерной, мартеновской стали, а также электрометалла.

Вакуумная дегазация- один из наиболее распространенных способов повышения качества стали- заключается в удалении из стали водорода, кислорода и азота. При вакуумировании резко повышаются механические свойства сталей. основными способами вакуумной обработки являются вакуумирование в ковше, вакуумирование струи металла при переливе из ковша в ковш или при заливке в изложницу и др. Установлено, что при вакуумировании струи содержание водорода в металле снижается на 60-70%, а содержание азота- до 40%. В результате взаимодействия с углеродом металл очищается от кислородных оксидных включений. Одним из наиболее распространенных способов вакуумирования является вакуумно-дуговой переплав в печах с расходуемым электродом. При этом выплавленную сталь переплавляют повторно в вакуумном пространстве с помощью электрической дуги. В результате оплавления металла в вакууме происходит дегазация и сталь приобретает новые, более высокие механические свойства. Сущность вакуумирования в электроннолучевых печах заключается в том, что на переплавляемый металл, находящийся в вакуумной камере, направляют электронные лучи из катодов. В процессе воздействия высокой температуры металл расплавляется и рафинируется в вакууме. Существенное влияние на свойства сталей оказывает легирование- намеренное введение в состав сплава соответствующих компонентов. Это приводит к изменению не только механических ,химических и технологических, но и специальных свойств сталей. Основными легирующими элементами являются: кремний, марганец, никель, хром, вольфрам, алюминий, молибден, ванадий, титан, кобальт, медь и другие металлы. Различные легирующие элементы, водимые в сталь, неоднозначно влияют на ее свойства. Так, кремний является эффективным раскислителем и применяется при получении «спокойной» стали. Как легирующий элемент вводится в сталь для повышения ее прочности, стойкости к коррозии и жаростойкости. Марганец- важнейший компонент стали. Применение его как легирующего элемента способствует повышению прокаливаемости стали характеризующей глубину закаленной зоны при термической обработке. При введении в сталь 10-12% марганца она размагничивается. Никель повышает прочность и ударную вязкость стали, увеличивает ее прокаливаемость и сопротивление коррозии. Хром повышает твердость и прочность , сохраняет ударную вязкость сталей, способствует сопротивлению на истирание, резко увеличивает стойкость к коррозии. При введении в сталь более 10% хрома она становится нержавеющей. Вольфрам повышает твердость легированных сталей и улучшает режущие свойства инструментальной стали. Алюминий повышает жаростойкость и коррозийную стойкость стали, а молибден- прочность, упругость, износостойкость и ряд специальных свойств стали. Ванадий повышает твердость, прочность и плотность стали. На свойства стали влияет углерод, входящий в состав стали. С увеличением содержания углерода до 1.2% твердость и прочность сталей повышается, но снижается пластичность и ударная вязкость; при этом ухудшаются такие технологические свойства сталей, как ковкость, свариваемость, обработка резанием и др., одновременно улучшаются литейные свойства сталей.

1)Виды термической и химико-термической обработки и ее влияние на структуру и свойства стали

 

 Термической обработкой  деталей из металлов и сплавов  называется тепловое воздействие  с целью придания им необходимых  свойств. Тепловое воздействие  может сочетаться одновременно  с химическим воздействием. Такие  процессы относятся к химико-термическим. Различают следующие виды термической обработки: отжиг, закалку, отпуск, старение.

Отжиг.

Возврат (отдых) стали –  нагрев до 200 – 400o, отжиг для уменьшения или снятия наклепа. По результатам  отжига наблюдается уменьшение искажений  кристаллических решеток у кристаллитов и частичное восстановление физико-химических свойств стали. Отжиг бывает 1-го и 2-го рода. Сущность отжига 1-го рода заключается в нагреве заготовок выше температуры фазового превращения с последующим медленным охлаждением. Различают следующие разновидности отжига 1-го рода: гомогенизационный, применяемый для выравнивания структуры, особенно крупных стальных отливок, поковок; реклисталлизационный, устраняющий изменения структуры, возникающие, в частности, в процессе обработки металлов давлением, при котором они получают наклеп, сопровождаемый заметным повышением твердости и снижением пластичности; отжиг, снимающий или уменьшающий остаточные внутренние напряжения, возникающие при различных технологических операциях. С помощью отжига 2-го рода, или полного отжига, изменяют структуру сплава и устраняют внутренние напряжения. Заготовки нагревают до температуры, пресыщающей на 30-50 градусов С температуру фазового превращения, и медленно охлаждают вместе с печью. Такой процесс термообработки проводят после штамповки, отливки заготовок, а также после черновой механической обработки с целью понижения твердости. Разновидностью отжига 2-го рода является нормализация, при которой заготовки охлаждают на воздухе. В отдельных случаях нормализация улучшает обрабатываемость материалов резанием, вызывая некоторое повышение механической прочности. Отжиг - процесс термообработки металла, при котором производится нагревание, затем медленное охлаждение металла. Переход структуры из неравновесного состояния до более равновесного. Отжиг первого рода, его виды: возврат (он же отдых металла), рекристаллизационный отжиг (он же называется рекристаллизация), отжиг для снятия внутренних напряжений, диффузионный отжиг (еще называется гомогенизация). Отжиг второго рода – изменение структуры сплава посредством перекристаллизации около критических точек с целью получения равновесных структур. Отжиг второго рода, его виды:полный, неполный, изотермический отжиги.

Предлагаю рассмотреть отдельно все виды отжига.