З0.Технология термообработки сталей (см. вопрос 15)

31.Свойства сплавов железа с углеродом (чугуны) Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 2,14 до 6,67%. Чугун — дешевый машиностроительный материал, обладающий хорошими литейными качествами. Он является сырьем для выплавки стали. Получают чугун из железной руды с помощь топлива и флюсов. Получение чугуна — сложный химический процесс. Он состоит из трех стадии: восстановления железа из окислов, превращения железа в чугун и шлакообразования. Подробно этот процесс рассматривается в курсе химии. Свойства чугуна зависят главным образом от содержания в нем углерода и других примесей, неизбежно входящих в его состав: кремния (до 4,3%), марганца (до 2%), серы (до 0,07%) и фосфора (до 1,2%). Углерод — один из главных элементов в чугуне. В зависимости от количества и состояния входящего в сплав углерода получаются те или иные сорта чугуна. С железом углерод соединяется двояко: в жидком чугуне углерод находится в растворенном состоянии, а в твердом — в химически связанном с железом или в виде механической примеси в форме мелких пластинок графита. Кремний — важнейший после углерода элемент в чугуне, он увеличивает его жидкотекучесть, улучшает литейные свойства и делает чугун более мягким. Марганец повышает прочность чугуна. Сера в чугуне — вредная примесь, вызывающая красноломкость (образование трещин в горячих отливках). Она ухудшает жидкотекучесть чугуна, делая его густым, вследствие чего он плохо заполняет форму. Фосфор понижает механические свойства чугуна и вызывает хладноломкость (образование трещин в холодных отливках). В зависимости от состояния, в котором углерод находится в чугуне, чугун подразделяется на белый (углерод в химическом соединении с железом в виде цементита FeC) и серый (свободный углерод в виде графита). Белый чугун очень твердый и хрупкий, плохо поддается отливке, трудно обрабатывается режущим инструментом. Он обычно идет на переплавку в сталь или на получение ковкого чугуна и поэтому называется передельным. Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении. Он мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и деталей, работающих на износ. Серый чугун с высоким содержанием фосфора (0,3—1,2%) жидкотекуч и используется для художественного литья. Серый чугун маркируется буквами и двумя числами, например СЧ 120-280. Буквы СЧ обозначают серый чугун, первое число — предел прочности (в МПа) при испытании на разрыв, а второе число — предел прочности (также в МПа) при испытании на изгиб. В зависимости от химического состава и назначения чугуны подразделяют на легированные, специальные, или ферросплавы, ковкие и высокопрочные чугуны. Легированный чугун наряду с обычными примесями содержит элементы: хром, никель, титан и др. Эти элементы улучшают твердость, прочность, износостойкость. Различают хромистые, титановые, никелевые чугуны. Их применяют для изготовления деталей машин с повышенными механическими свойствами, работающих в водных растворах, в газовых и других агрессивных средах. Специальный чугун, или ферросплав, имеет повышенное содержание кремния или марганца. К нему относятся ферромарганец, содержащий до 25% марганца, и ферросилиций, содержащий 9—13% кремния и 15—25% марганца. Эти чугуны применяются при плавке стали для ее раскисления, т.е. для удаления из стали вредной примеси — кислорода. Ковкий чугун получают термообработкой из белого чугуна. Он получил свое название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготовляют детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д. Маркируется ковкий чугун двумя буквами и двумя числами, например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число—предел прочности (в МПа) на разрыв, второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна. Высокопрочный чугун получают введением в жидкий серый чугун специальных добавок. Он применяется для изготовления более ответственных изделий, заменяя сталь (коленчатых валов, поршней, шестерен и др.). Маркируется высокопрочный чугун также двумя буквами и двумя числами, например ВЧ 450-5. Буквы ВЧ обозначают высокопрочный чугун, а числа имеют то же значение, что и в марках ковкого чугуна

32.Углеродистые стали. Влияние примесей на свойства сталей В углеродистых сталях углерод является основным элементом, определяющим структуру и свойства стали. С увеличением содержания углерода в стали возрастают твердость и предел прочности (НВ, ств), уменьшаются относительное удлинение, относительное сужение и ударная вязкость. При содержании в стали свыше 1 % углерода твердость ее возрастает, а предел прочности уменьшается. Происходит это потому, что образующаяся по границам зерен сетка вторичного цементита, который является хрупкой составляющей, уменьшает прочность стали. С увеличением содержания углерода снижаются технологические свойства стали (ухудшается свариваемость, затрудняется механическая обработка), возрастают электросопротивление и коэрцитивная сила, понижаются теплопроводность, остаточная индукция и магнитная проницаемость. Поэтому практическое применение имеют стали с содержанием углерода не более 1,5 %. Марганец содержится в стали в качестве примеси в количестве от 0,4 до 0,8 %. Марганец, растворяясь в феррите, повышает прочность и значительно увеличивает прокаливаемость стали. Он устраняет вредное действие серы, образуя сульфид марганца (MnS), значительное количество которого удаляется вместе со шлаком при выплавке стали. Образующийся сульфид марганца с температурой плавления 1620 СС является пластичным и при горячей обработке не вызывает в стали трещин, т. е. марганец уменьшает красноломкость стали. Кроме того, марганец способствует уменьшению в стали сульфида железа (FeS). Данный химический элемент широко используется при производстве мебельной фурнитуры. Марганец делает фурнитуру устойчивой к загрязнению и окислению. Известные кухни Лакарион используют в своей конструкции только высококачественные комплектующие. Убедится в этом можно посмотрев кухни в магазине Ликарион в Москве. Кремний является полезной примесью и может присутствовать в стали до 0,5 %. Являясь эффективным раскислителем, кремний способствует получению плотных слитков стали с улучшенными свойствами. Кремний очень повышает прочность стали за счет образования с ферритом твердого раствора. Это снижает способность стали к вытяжке и холодной штамповке. В связи с этим в сталях, предназначенных для такой обработки, содержание кремния должно быть пониженным. Фосфор для большинства сталей является вредной примесью, и содержание его не должно превышать 0,05 %. Фосфор увеличивает прочность и снижает пластичность и вязкость сталей. Он обладает повышенной склонностью к ликвации и, располагаясь вблизи границ зерен, вызывает хладноломкость стали. В ряде случаев фосфор может быть полезным; например, содержание фосфора 0,06-0,15 % улучшает обрабатываемость автоматных сталей режущим инструментом. Сера является вредной примесью. Она образует сернистое железо FeS, которое взаимодействует с чистым железом, образуя легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988 °С. Эвтектика, располагаясь после затвердевания по границам зерен, при нагреве до 1000-1200 °С оплавляется и приводит к трещинам при деформации стали, т. е. вызывает ее красноломкость. Содержание серы в стали не должно превышать 0,06 %. Вредное влияние серы, как уже указывалось, ослабляет марганец, который практически исключает явление красноломкости. В автоматных сталях содержание серы допускается до 0,08-0,30 %, так как она облегчает обработку стали резанием. Кислород, азот и водород являются вредными примесями. Кислород и азот находятся в стали в виде оксидов FeO, SiO2, MnO или нитридов Fe4N и др. Эти неметаллические включения нарушают сплошность стали и, являясь концентраторами напряжений, приводят к преждевременному выходу деталей из строя. Водород охрупчивает сталь и приводит к образованию- флокенов, которые представляют собой тонкие трещины овальной или округлой формы. Флокены резко ухудшают свойства стали и делают ее непригодной для применения. Классификация углеродистых сталей. Углеродистые стали классифицируют по назначению и качеству.

33.Критические точки на диаграмме «железо-углерод»

"Критические точки – это температуры фазовых превращений. Различают равновесные (теоретические) и фактические критические точки. Равновесные критические точки лежат на линиях диаграмм со-стояния и показывают температуры фазовых переходов в условиях чрезвычайно медленного изменения температур (нагрева или охлаж-дения).
Равновесные критические точки углеродистых сталей можно оп-ределять по метастабильной диаграмме "железо - цементит". На этой диаграмме равновесные точки, лежащие на линии PSK, обозначаются А1 и показывают температуру превращения перлита в аустенит при нагреве и обратного превращения при охлаждении. Равновесные точ-ки, находящиеся на линии GS, обозначаются А3 и показывают темпе-ратуры окончания растворения феррита в аустените при нагреве и на-чала его выделения из аустенита при охлаждении. Равновесные точки линии SE обозначаются Acm и показывают температуры окончания растворения цементита (вторичного) в аустените при нагреве и начала его выделения из аустенита при охлаждении.
Фактические критические точки при нагреве смешаются вверх по температурной шкале и обозначаются аналогично равновесным точ-кам с добавлением буквы “с”, например, АС1-АС3.
При охлаждении происходит смещение фактических критических точек относительно равновесных в сторону уменьшения температуры, это смещение отмечается буквой “r” (Ar1 – Ar3)

Герметизирующие материалы

Герметизация — обеспечение полной непроницаемости для газов и жидкостей (герметичности) стен и поверхностей, ограничивающих внутренние части и объёмы аппаратов и машин, помещений и сооружений, а также их стыков и соединений. Герметизация широко применяется в науке и технике. Способ герметизации выбирается в зависимости от конкретных целей и условий. Для герметизации используют пайку, сварку и холодное газодинамическое напыление соединений и течей металлических деталей и изделий, специальные герметизирующие материалы (герметики), составы и уплотнения.

Герметизирующие материалы, изготовленные на основе полимеров, характеризуются водо-, газо- и воздухонепроницаемостью, гнилостойкостью, хорошей адгезией к большинству строительных материалов, стойкостью к коррозии.
Герметики или их составляющие изготовляют в заводских условиях и на объект они поступают в готовом к употреблению виде.

Вулканизирующие пасты
Герметики, относящиеся к этой группе, представляют собой вязкотекучие, пастообразные составы, переходящие в резиноподобные состояние при добавке специальных вулканизирующих агентов. Наиболее ценным качеством таких паст является то, что они вулканизируются без усадки, обеспечивая полную надёжность герметизации. К вулканизирующимся пастовым герметикам относятся тиоколовые герметики, мастика «полиэф», пенополиуретановый герметик и мастика ЦПЛ-2.
Тиоколовые герметики. Герметизирующие мастики на основе жидкого тиокола изготовляются следующих марок: ГС-1, У30м; У-30с, У-30МЭС-5, У-30МЭС-10, УТ-31, УТ-34, У-35, УТБ-1, УТБ-Н, УТЦ-1. Каждая из указанных мастик состоит из: герметизирующей пасты, вулканизирующейся пасты, ускорителя вулканизации, наполнителя, адгезионной присадки (для герметиков марки У-30, МЭС-5, У-30МЭС-10, УТ-32, УТ-34). В качестве герметизирующей пасты используется жидкий тиокол, который вулканизируется за счёт введения в него вулканизирующейся пасты и ускорителя. Вулканизирующие агенты вводят в герметизирующую пасту непосредственно перед употреблением.
Изготовляются тиоколовые герметики непосредственно на объекте путём смешения компонентов до получения однородной массы. Жизнеспособность готового герметика исчисляется 1-15 ч и зависит от исходной вязкости тиоколя, количества вулканизирующих агентов и температуры воздуха. При обычных условиях (температура воздуха 15-30°С) вулканизация герметика завершается через 7-10 суток. При необходимости ускорить процесс вулканизации герметизированные тиоколовым герметикам швы прогревают при температуре 50°С в течении 24036 ч и при 80°С 12-18 ч, что ускоряет процесс вулканизации в 7-10 раз.
Тиоколовые герметики обладают хорошей адгезией ко многим материалам, они стойки к воздействию морской и пресной воды, растворителей, разбавленных кислот, слабых щелочей, солнечного света, хорошо сопротивляются окислению, действию атмосферных осадков, обладают коррозийной стойкостью.
Применяют тиоколовые герметики для герметизации стыков железобетонных панелей, для заполнения швов в деталях и конструкциях из металла, пластмассы, керамики и стекла.
Мастика «полиэф». Представляет собой самовулканизирующуюся пасту, в состав которой входят полиэфирная смола, толуилендиизоцианат и минеральные наполнители. Обладает хорошей адгезией ук бетону, металлу, дереву, отличается атмосферостойуостью, влаго- и газонепроницаемостью. Мастика изготовляется смешением компонентов в смесителях марки СМ.
Пенополиуретановый герметик. В качестве герметика используется жёсткий пенополиурентан, пропитанный синтетическими смолами; основными компонентами пенополиуретанового герметика являются полиэфирная смола и толуилендиизоцианат.
Пенополиуретановый герметик стоек к действию разбавленных минеральных кислот и масел, бензину, озону, обладает хорошей адгезией к различным поверхностям, атмосферостойкостью, низкой теплопроводностью.
Основная область применения герметика - герметизация стыков стеновых панелей и других строительных конструкций.
Мастика ЦПЛ-2 (ВТУ 186-70). Предназначена для герметизации стыков панелей наружных стен и примыканий балконных плит, плит лоджий, а также оконных и балконных блоков в крупнопанельных зданиях.
Мастику приготовляют в объёме сменной потребности. Она должна быть выработана не позже чем через 10-15 ч после её приготовления при наружной температуре воздуха не более 25°С и не позже чем через 20 ч при более низкой температуре.

Пластоэластичные мастики.
К этой группе относятся мастики, изготовленные на основе высокомолекулярного полиизобутилена. Они отличаются высокой эластичностью, атмосферостойкостью, хорошей адгезией к основанию, обладают абсолютной влаго-, паро- и воздухонепроницаемостью, способностью заполнять полости стыков любой конфигурации.
Полиизобутиленовые мастики. Представляют собой однокомпонентную систему, состоящую из двух фаз: жидко-эластичной и твёрдой. В жидко-эластичную фазу входит полиизобутилен, регенерированная резина, минеральное масло, а в твёрдую - тонкомолотый каменный уголь.
Мастика полиизобутиленовая строительная УМС-50. Изготовляется на основе полиизобутилена и добавок. Её состав (в процентной массе): полиизобутилен П-118 - 5, масло нейтральное - 16-20, мел тонкомолотый (40-50 мк) - 75-79. В качестве наполнителя, кроме мела, могут быть использованы молотые мраморы и известняк.
Для мастики УМС-50 характерна высокая адгезия к основанию, стойкость к атмосферным воздействиям.
Изол Г-М. Обладает высокими свойствами, имеет хорошую адгезию к металлу, бетону, стеклу, керамики. Мастика сохраняет свои свойства в интервале температур от - 45 до +80°С. Применяется для герметизации стыков в крупнопанельном домостроении.

Профильные эластичные прокладки.
Уплотняющие прокладки, изготовляются в виде полос и жгутов с различными профилями поперечного сечения, применяют для герметизации вертикальных и горизонтальных стыков панелей наружных стен, а также для герметизации зазоров между деревянными или алюминиевыми оконными коробками и примыкающими к ним поверхностям панелей. Наибольшее применение в строительстве получили профильные прокладки пороизол, гернит, УГС, УП-50 и пенополиретановые.
Пороизол - пористый, гнилостойкий и долговечный материал, эластичный при температуре от +80 до -50°С. В зависимости от назначения выпускается в виде трубок, лент или жгутов.
Уплотнитель горизонтальных стыков (УГС). Лёгкий пористый эластичный материал, по внешнему виду напоминающий пороизол.
Полиизобутиленовую плёнку УП-50. Применяют для герметизации вертикальных и горизонтальных стыков наружных панелей в крупнопанельном домостроении.
Гернит изготовляется из резиновой смеси типа ИР-73-51 в виде пористых герметизирующих прокладок круглого, овального или грушевидного сечения с плёнкой на поверхности.
Основной эксплуатационный показатель пористых резиновых герметизирующих прокладок - высокое эластическое восстановление после сжатия, что обеспечивает уплотнение стыка между панелями при деформации последнего.
Пенополиуретановые герметики. Изготовляют из пенополиуретановых лент, пропитанных гидррофобным составом на основе синтетических каучуков.
Применяют пенополиурерановые прокладки для герметизации горизонтальных и вертикальных стыков крупнопанельных зданий.
Прокладки резиновые пористые неформовые ПРА-1. Представляют собой уплонительно-прокладочный материал с монолитной плёнкой на поверхности. Используются для уплотнения стыков панелей крупно-панельных зданий, а также в качестве уплотнительного материала в различных конструкциях.