Способы повышения качества стали. Раскисление стали

 

6 Способы изготовления изделий  из пластмассы.

 

Полимерные материалы могут перерабатываться в изделия самыми разнообразными методами. При этом параметры переработки (температура и давление) значительно ниже, чем при переработке таких материалов, как металлы, стекло и керамика. Способ обработки и ее режим определяются видом полимера и типом получаемого изделия.

Общая схема производства пластмасс включает традиционные процессы - дозировку и приготовление полимерной композиции, формование изделий и стабилизацию их формы и физико-механических свойств.

Приготовление композиций производят на смесителях различных систем. Для перемешивания сухих композиций обычно используют турбулентные и шнековые смесители. Специфическим широко используемым способом приготовления полимерных композиций является вальцевание.

Вальцевание - операция, при которой масса перетирается в зазоре между обогреваемыми валками, вращающимися в противоположном направлении. Вальцевание позволяет равномерно перемешать компоненты смеси. При многократном пропускании массы через валки полимер в результате термомеханических воздействий переходит в пластично-вязкое состояние. Этот процесс называется пластикацией.

Экструдирование - перемешивание массы в обогреваемом шнековом прессе (экструдере) с последующим продавливанием массы сквозь решетку для формования полуфабриката в виде гранул.

Выбор способа формования зависит в основном от вида получаемой продукции. Так, листовые материалы формуются обычно на каландрах, трубы и погонажные профильные изделия экструдируют, штучные изделия в основном формуют литьем под давлением.

Литье. Термопластичный полимер в виде гранул загружают в приемный бункер, из которого через воронку они поступают в цилиндрическую полость инжекционной машины, где электрообогревом поддерживается заданная высокая температура. Периодически приводимый в движение поршень выдавливает размягченный до пластического состояния материал в разборные охлажденные прессформы.

Отформованные изделия освобождают из форм и направляют на склад. Этим способом изготовляют сплошные изделия небольших размеров, например облицовочные плитки из полистирола.

При простом литье жидкая композиция или расплав заливаются в формы и отвердевают в результате реакций полимеризации, поликонденсации или вследствие охлаждения.

Непрерывное   профильное   выдавливание   (экструзия). Гранулы термопластичного полимера из загрузочного бункера поступают в пресс, в котором, нагреваясь, размягчаются. Затем материал шнеком подается к головной части машины, где продавливается через мундштук с сечением, соответствующим требуемому профилю изделия.

Методом непрерывного выдавливания изготовляют трубы и погонажные изделия - лестничные поручни, плинтусы, пленки, стержни и др.

Переработка на вальцах с последующим каландрированием. Исходные сырьевые смеси, состоящие из термопластичной смолы, пластификатора и других компонентов, после тщательного перемешивания в обогреваемых механических смесителях пластицируют на горячих вальцах, а затем формуют в рулонные материалы на специальных машинах - каландрах (пресс, состоящий из системы валов,  58в). Этим способом изготовляют одно- и двухслойные рулонные материалы.

Специфическая особенность изделий, отформованных на каландре, состоит в появлении анизотропии механических свойств, называемой каландровым эффектом. Этот эффект возникает благодаря ориентации частиц полимера в направлении каландрирования и оценивается разницей прочности вдоль и поперек листа.

Пластмассы на основе термореактивных полимеров перерабатывают в изделия прессованием. При формовании прессованием пресс-порошок, состоящий из порошкообразной термореактивной смолы и измельченного наполнителя, подается в обогреваемую пресс-форму ( 58г). Пресс-порошок при этом размягчается и под давлением заполняет всю полость формы; здесь же происходит и отвердевание его в готовые изделия. В пресс-формах изготовляют детали санитарно- и электротехнического оборудования, оконные и дверные приборы, фурнитуру, детали строительных машин и механизмов.

Для плоского прессования строительных листовых пластиков и панельных изделий применяют многоэтажные (15...20 ярусов) гидравлические прессы усилием 100...500 кН, обогреваемые перегретой водой или паром. Пакеты для прессования разделяют металлическими листами и помещают в пресс. При температуре 140... 160 °С в обжатом состоянии происходит склеивание частиц в изделие. Методом плоского прессования формуют древесностружечные плиты, бумажные слоистые пластики, фанеру.

Методом вспенивания изготовляют пористые теплоизоляционные  пластмассы  и  амортизирующие  прокладки.   Пористая структура пластмасс получается в результате вспенивания жидких или вязкотекучих композиций под влиянием газов, выделяющихся при реакции между компонентами или разложении специальных добавок (порофоров) от нагревания. Вспенивание также производится механически путем смешивания полимерной композиции с пеной или нагнетания (растворения) в полимере газообразных и легкоиспаряющихся веществ (производство пенополистирола).

Термоформованием называют переработку нагретых листовых, пленочных, трубчатых пластмассовых заготовок с целью придания им более сложной формы и получения готовых изделий. Усилие, необходимое для формования, создается механически, гидравлически, пневматически, при помощи вакуума или комбинацией двух из этих способов.

Штампованием нагретых заготовок изготовляют детали канализационных систем, световые колпаки из оргстекла; вакуум-формованием нагретых листов - детали санитарно-технического оборудования из ударопрочного полистирола, виниловых полимеров.

 

7 Задание:

 

Начертите диаграмму состояния сплавов железа с углеродом. Покажите на ней структуры по всем зонам, а также характерные линии (ликвидус, солидус, критические точки А,Аст). Справа от диаграммы постройте кривую медленного охлаждения от 1600 до 600 ° сплава с заданным содержанием углерода. Опишите превращение, происходящие в заданном сплаве, и охарактеризуйте скорость его охлаждения на каждом участке кривой. Дайте определение всем образующимся по ходу охлаждения структурам.

Содержание углерода 0,8%.

 

Сплав с 0,8 % углерода начинает кристаллизоваться ниже  t = 1495оС с образованием аустенита (точка1). По правилу фаз С = К – Ф + 1 (К – число компонентов, Ф - число фаз) количество степеней свободы системы на данном температурном интервале определиться С = 2 – 2 + 1 = 1 (фазы – жидкость и аустенит). Кристаллизация заканчивается при температуре t =  1390оС  (точка2). При дальнейшем охлаждении до температур 750оС (точка3) сплав превращений не претерпевает (С = 2 – 1 +1 =2, фаза – аустенит). Далее, в результате полиморфного превращения Fea ® Fea  из аустенита начинает образовываться феррит. Состав фаз изменяется: феррит - согласно линии GР, аустенит – согласно линии GS: 

 

А (3 - S ) ® Ф (3¢ - Р), (С = 2 – 2 + 1 = 1, фазы – аустенит и феррит). 

 

На линии PSK (т.4) происходит эвтектоидное превращение: аустенит (0,8%С) распадается на ферритно-цементитную смесь перлит: 

 

АS   ®  (ФР + Ц), ( С = 2 – 3 + 1 = 0). 

 

С понижением температуры сплава ниже 727оС растворимость углерода в феррите уменьшается ( линия РQ ). Углерод из феррита выделяется в виде цементита третичного:  

 

Ф ( Р – Q )  ®  Цlll ( С = 2 – 2 + 1 = 1). 

 

Конечная структура сплава – феррит + перлит. 

 

Т=  700оС. Данный сплав содержит 2 фазы: феррит и цементит. Структура представлена зернами перлита, окаймленных цементитной сеткой. Концентрация углерода а феррите ~0,02% (т. а), в цементите – постоянно 6,67%. Процентное соотношение фаз данного сплава при  данной температуре определим по правилу отрезков:

QФ= вc / ас *100% = (6,67 – 0,75) / (6,67 – 0,02) * 100% = 89%.

QЦ = 100 - QA = 11%. 

 

 

 

ФЕРРИТОМ называется твердый раствор углерода в a-железе. У него сохраняется решетка Fea (ОЦК). Феррит занимает на диаграмме узкую область, примыкающую к железу, - GPQ. Максимальная  растворимость углерода в нем не более 0,02 % (точка Р), при комнатной температуре  она равна 0,006 %. Твердость феррита 65 – 130 НВ, d =40%.

Раствор углерода в высокотемпературном d-железе называется дельта–ферритом. Область устойчивости дельта–феррита АНN, концентрация углерода достигает 0,1%.

АУСТЕНИТ – твердый раствор внедрения углерода в g-железе  ( с решеткой ГЦК). Однофазная область аустенита на диаграмме ограничена линией NJESG. Максимальная растворимость углерода в аустените составляет 2,14% (11470С, точка Е).

ЦЕМЕНТИТ – химическое соединение  железа с углеродом, соответствующее формуле Fe3C с концентрацией углерода 6,67% ( вертикальная линия DFKL). Температура плавления цементита точно не определена, т.к. при нагревании он легко распадается на аустенит и графит.

Все остальные области диаграммы, за исключением перечисленных, являются двухфазными. В двухфазных областях в равновесии находятся в области АВН - жидкий раствор и кристаллы феррита; HJN – кристаллы феррита и аустенита; JBCE – жидкий раствор и кристаллы аустенита; SECFK –кристаллы аустенита и цементита; QPSKL – кристаллы феррита и цементита.

В процессе превращения жидкий раствор затвердевает в виде механической смеси кристаллов аустенита и цементита, которая называется  ледебуритом.

Во всех сплавах системы с концентрацией углерода более 0,02% при  температуре

7270С ( линия PSK ) происходит  эвтектоидное превращение, заключающееся в распаде аустенита на дисперсную механическую смесь чередующихся пластинок феррита и  цементита, которая называется    перлитом:

 

А (S)D Ф (P)  + Ц (K).

 

8 Задание:

 

Укажите назначение, определите температуры нагрева, время прогрева, скорость охлаждения и охлаждающие среды для:

-отжига;

-нормализации;

-закалки;

-отпуска  стали.

Из углеродистой стали 45 толщина детали 40 мм.

Ответы должны быть составлены в форме таблицы 1.

Таблица 1

Вид термообработки	Назначение термообработки	Температура нагрева °С	Время нагрева, мин	Охлаждение
				среда	скорость
Отжиг	Измельчение зерна (снижение прочности)	730-750	60-80	С печью, медленное	100 оС/ч
Нормализация	Измельчение зерна, повышение прочности	780-950	60-80	На спокойном воздухе	50о С/ч
Закалка на сорбит		796	15-30	Обдувка воздухом	50о С/с
Закалка на тростит		680	17-27	Вода	100о С/с
Высокий отпуск	создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали	500-680°С	60	Воздух	медленно

 

9 Расшифруйте марки и укажите  назначение конструкционных материалов. 38ХМЮА; 65; 15Х25Т.

 

38ХМЮА. Сталь легированная. Назначение. Штоки клапанов паровых турбин, работающие при температуре до 450о С, гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания, иглы форсунок, тарелки букс, распылители, пальцы, плунжеры, распределительные валки, шестерни, шпиндели, валы, втулки и другие детали.

Примерный химический состав, %:

С	Mn	Si	Cr	Мо	Al
0,35-0,42	0,30-0,60	0,20-0,45	0,90-1,30	0,15-0,25	0,70-1,10

 

65. Сталь конструкционная  рессорно-пружинная. Сталь 65 применяется: для производства рессор, пружин и других деталей, от которых требуется повышенные прочностные и упругие свойства, износостойкость; деталей, работающих в условиях трения при наличии высоких статических и вибрационных нагрузок; горячекатаного полосового профиля с уклоном для сельскохозяйственных машин; ножей землеройных машин (бульдозеров, скреперов, грейдеров и автогрейдеров, а также для ножей бульдозерного и грейдерного оборудования экскаваторов, катков и других землеройных машин); луженой проволоки, предназначенных для изготовления бандажей роторов электрических машин.

Химический состав в % материала 65

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.62 - 0.7	0.17 - 0.37	0.5 - 0.8	до   0.25	до   0.035	до   0.035	до   0.25	до   0.2

 

15Х25Т. Хромистые стали ферритного класса.  Сплав 15Х25Т применяется для изготовления деталей печной арматуры с рабочей температурой до 1000 °С: чехлы термопар, электроды искровых качестве коррозионностойкого материала при температурах эксплуатации до 300-350 °С преимущественно в средах окислительного характера, а также при производстве каустической соды. 

Химический состав сплава 15Х25Т