Строительные материалы .ру

Старение стали

Старение — процесс деформирования металла. При наличии в сплаве частиц оксидов и нитридов железа последние при деформировании кристаллической решетки выделяются по плоскостям скольжения, что приводит к значительному снижению пластических свойств стали и даже к образованию трещин. В обычных условиях процесс старения идет очень медленно, с повышением температуры ускоряется. Старению способствует вибрационная нагрузка, например, в мостах. Замедлить старение можно путем введения присадок (алюминия, титана), связывающих вредные примеси.

Возврат стали

Возвратом называют процесс ускорения восстановления кристаллической решетки, т. е. снятие искажений путем нагрева малоуглеродистой стали до 200...400°С, что приводит к некоторому снижению твердости и прочности и повышению пластичности. Полное восстановление свойств металла достигается дальнейшим повышением температуры до 600 °С. Этот процесс сопровождается перекристаллизацией деформированных зерен в новые равновесные структуры и называется рекристаллизацией.

Наклеп стали

Наклепом называют упрочнение металла и изменение его свойств под влиянием пластической деформации в холодном состоянии. Основные изменения свойств металла происходят из-за искажения кристаллической решетки, в результате вытягивания в направлении деформации (волочения проволоки, штамповки листов, изгиба, деформации арматуры и т. п.). В строительстве для повышения предела текучести арматуры железобетонных конструкций пользуются наклепом, для чего ее скручивают или вытягивают в холодном состоянии. Наряду с повышением прочности наклепанного металла происходит снижение пластических свойств (уменьшаются относительное удлинение и ударная вязкость).
Явление наклепа неустойчиво. В металле, упрочненном наклепом, даже при комнатной температуре очень медленно, но самопроизвольно начинают протекать процессы, приводящие к снятию искажений в решетке и форме зерен. Для ускорения этих процессов повышают температуру.

Механизм разрушения стали

Механизм разрушения стали зависит от структуры сплава. Под влиянием нагрузки искажается форма отдельных кристаллов и в особенности наиболее слабых— феррита. Если нагрузка не перешла определенного предела и будет снята, то форма кристалла примет свой первоначальный вид (упругость). Если нагрузка привела к межкристаллическим сдвигам, то наступает предел пропорциональности — перлитовые прослойки начинают разрушаться, а энергия в зернах феррита обеспечивает общий сдвиг (текучесть). Площадка текучести характерна для малоуглеродистых сталей (до 0,3 % С), в которых перлита еще мало и его сдерживающее влияние не сказывается.
При последующем увеличении нагрузки зерна феррита взаимно смещаются, пронизываются кристаллами перлита, в результате чего возрастает сопротивление нагрузкам (упругопластическое состояние).
Разрушение металла наступает, когда связь между атомами отдельных кристаллов нарушается. Разрушение стали может быть пластичным в результате внутрикристаллических сдвигов и хрупким в результате преодоления сцепления между атомами.
Большое значение в решении вопроса о прочности металлов принадлежит теории «дислокации», выражающейся в том, что в кристаллах металла имеются дефекты особого рода, а именно: строгое положение атомов в узлах кристаллической решетки оказывается нарушенным. Благодаря этому сдвиг в кристаллах происходит не одновременно по всей плоскости, а в результате постепенного перемещения дислокаций. Таким образом, пластическая деформация кристалла, содержащего дефекты, происходит под действием силы, значительно меньшей, чем это необходимо для одновременного сдвига по всей плоскости. В лабораториях выращены «усы» из монокристаллов (d=1...2 мкм), где дислокаций нет, а потому прочность их достигает 10 000 МПа и более.

Цианирование,диффузионная металлизация стали

Цианирование — одновременное насыщение поверхности стального изделия азотом и углеродом, производится для повышения твердости, износоустойчивости и усталостной прочности мелких и средних деталей.
Диффузионная металлизация — процесс поверхностного насыщения стали алюминием (алитирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование), бором (борирование) и другими элементами. Его осуществляют путем нагрева и выдержки стальных изделий в контакте с одним или несколькими из указанных элементов, которые могут находиться в твердом, жидком и газообразном состояниях. Такая обработка изделия придает поверхностным слоям стали жаростойкость, износоустойчивость, сопротивление коррозии и создает возможность замены легированных сталей.

Азотирование стали

Азотирование — процесс поверхностного насыщения стали азотом путем выдержки стали, нагретой до 500...650°С, в атмосфере аммиака NH3. с выделением атомарного азота, который диффундирует в сталь и образует нитриды, обладающие высокой твердостью. Особенно хорошие результаты получаются при азотировании легированных сталей с небольшим содержанием легирующих элементов, которые образуют
с азотом высокодисперсные стойкие нитриды. Азотирование стали значительно повышает ее поверхностную твердость (в 1,5...2 раза по сравнению с цементацией), увеличивает износоустойчивость и предел усталости стали, повышает сопротивление коррозии.

Цементация стали

Цементация — поверхностное насыщение малоуглеродистой стали (С<0,3 %) углеродом с последующими закалкой и отпуском с целью получения детали с твердой поверхностью и вязкой сердцевиной. Цементацию можно проводить в твердой, жидкой или газообразной среде (карбюризаторе).
Изделия, подвергаемые цементации в твердом карбюризаторе, помещают в огнеупорный ящик и засыпают цементационной смесью, состоящей из активированного угля и углекислой соли.
Ящик ставят в печь и выдерживают при 900... ...950 °С в течение 5...6 ч. При этом углекислая соль диссоциирует с выделением углекислого газа,который реагирует с раскаленным углем и образует оксид углерода. При соприкосновении с поверхностью стали оксид углерода разлагается и углерод в атомарно-активном состоянии диффундирует в кристаллическую решетку y-Fe, образуя твердый раствор (аустенит). При дальнейшей выдержке в печи изделие науглероживается на некоторую глубину (1...2 мм).
После цементации изделия подвергают закалке на мартенсит с последующим низким отпуском. При такой закалке сердцевина цементированных изделий будет мягкой   и    вязкой,   а   поверхностный   слой — твердым и прочным (твердость по Бринеллю повышается до 660...650 единиц).
При газовой цементации над обрабатываемыми изделиями пропускают газы (природный и смеси метана, этила и иных газов, получаемых при пиролизе керосина и других жидких нефтепродуктов), которые при нагревании до высоких температур (900...950 °С) выделяют атомарный углерод. Газовая цементация обеспечивает повышение производительности труда и более точное регулирование процесса цементации, но требует более сложного оборудования.

Общие сведения о химико-термической обработке стали

Химико-термическая обработка стали заключается в изменении химического состава стали на поверхности изделия и последующем проведении термообработки. Цель ее — упрочнение поверхностных слоев стали (повышение твердости, усталостной прочности, износостойкости и т. п.), изменение физико-химических и других свойств (коррозионных, фракционных и т.д.). От поверхностной закалки данный вид обработки отличается тем, что предварительно производят насыщение поверхности обрабатываемых изделий различными элементами (С, N, Al, Si, Cr и др.). Проникая в основную решетку металла, атомы элемента образуют твердый раствор внедрения или замещения, либо химическое соединение.

Термическая обработка — отпуск

Отпуском называют термическую обработку, при которой закаленную сталь нагревают до температуры ниже критических точек Ас1 (723°С), выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают. При отпуске стали мартенсит закалки и остаточный аустенит распадаются, образуя более устойчивые структуры (троостит, сорбит). Цель отпуска — уменьшение внутренних напряжений, снижение твердости и хрупкости, повышение пластичности.
Различают три вида отпуска: низкий (в интервале температур 150...200°С), средний (300...400°С), высокий (500...600°С). При низком отпуске сталь сохраняет структуру мартенсита, а изменение механических свойств объясняется уменьшением закалочных напряжений, переходом остаточного аустенита в мартенсит и частичным выделением из мартенсита в высокодисперсном состоянии карбидов железа (цементита). При среднем и высоком отпуске проходят диффузионные процессы и мартенсит распадается с образованием смеси феррита с высокодисперсными частицами цементита (троостита или сорбита). При этом снижаются твердость и прочность стали, повышается пластичность, практически полностью снимаются внутренние напряжения в стали.
Неправильное проведение термообработки, т. е. отклонение от установленного   режима,  может ухудшить качество стали. Причинами брака могут быть недостаточность нагрева стали, малая скорость охлаждения, перегрев, коробление, закалочные трещины, обезуглероживание.
Термической обработкой можно также улучшить качество чугунных отливок, которые часто имеют литейные напряжения. Напряжения эти снимаются при низкотемпературном отжиге до 500 °С в течение 3...5 ч, а для больших деталей — «старением», т. е. выдержкой в течение 3...12 мес при нормальной температуре.

Метод термомеханической обработки

Метод термомеханической обработки (ТАЮ), получивший за последние годы большое развитие, проводят в две стадии: 1) горячая или теплая деформация в области существования высокотемпературной фазы — аустенита (выше критических точек Ас3, либо ниже критических точек Ас1) 2) последующее регламентированное
охлаждение, в процессе которого деформированный ау-стенит претерпевает полиморфное превращение. Чаще всего применяют закалку на мартенсит. Высокие механические свойства после ТМО обусловливаются получением мелкодисперсной структуры с повышенной плотностью.



© 2018 Строительные материалы .ру