Металловедение и сварка

7.Отжиг II рода.

Отжиг второго  рода - это термообработка , которая  заключается в нагреве стали  до температур выше точек Ас3 или Ас1 ,выдержке и последующем охлаждении. В результате мы получаем почти равновесное структурное состояние стали; в доэвтектоидных сталях - феррит + перлит , в эвтектоидных - перлит и в заэвтектоидных - перлит + вторичный цементит .

После отжига получаем : мелкое зерно, частично или полностью устраненные строчечность , видманштеттову структуру и другие неблагоприятные структуры .

Сталь получается снизкой прочностью и твердостью при достаточном уровне пластичности.

В промышленности отжиг II рода часто используется в качестве подготовительной и окончательной обработки.

Разновидности отжига II рода различаются способами  охлаждения и степенью переохлаждения аустенита , а так же положением температур нагрева относительно критических  точек .

7.1 Полный отжиг.

Основные  цели полного отжига - устранение пороков  структуры , возникших при предыдущей обработке ( лить , горячей деформации или сварке ) , смягчение стали  перед обработкой резанием и уменьшение напряжений , для придания стали  определенных характеристик. Вцелом отжиг II рода проводят для приближения системя к равновесию.

Полный отжиг  заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температур на 30-50 С выше температуры Ас3 (чрезмерное повышение  температуры выше этой точки приведет к росту зерна аустенита , что вызовет ухудшение свойств стали), выдержке для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении . Для заэвтектоидных сталей такой отжиг с нагревом выше Аcm не пойдет потому что при медленном охлаждении после такого нагрева образуется грубая сетка вторичного цементита , ухудшающая механические свойства . Для доэвтектоидных сталей время нагрева и продолжительность обработки зависят типа печи ,способа укладки , типа отжигаемого материала (лист,прокат , ...).Наиболее распространенная скорость нагрева составляет ~ 100 C / ч ,а продолжительность выдержки - от 0.5 до 1 часа на тонну изделия. Медленное охлаждение обусловленно необходимостью избежать образования слишком дисперсной ферритно-цементитной структуры и следовательно более высокой твердости. Скоростьохлаждения зависит от устойчивости переохлажденного аустенита ,а следовательно , от состава стали . Ее регулируют проводя охлаждение печи с закрытой или открытой дверцей , с полностью или частично выключенным обогревом.

При полном отжиге происходит полная фазовая перекристаллизация стали. При нагреве выше точки Ас3 образуется аустенит , характеризующийся мелким зерном ,который при охлаждении дает мелкозернистую структуру , обеспечивающую высокую вязкость , пластичность и получение высоких свойств после окончательной обработки.

Структура доэвтектоидной стали после полного отжига состоит  из избыточного феррита и перлита.

Существует  отжиг противоположный по целям  обычному отжигу .Это отжиг на крупное зерно с нагревом до 950-1100 С , который применяют для улучшения обработки резанием мягких низкоуглеродистых сталей .

7.2 Неплный отжиг .

Неполный  отжиг доэвтектоидной стали проводят при нагреве до температур выше Ас1 , но ниже Ас3 . При таких температурах происходит частичная перекристаллизация стали , а именно лишь переход перлита  в аустенит . избыточный феррит частично превращается в аустенит и значительная часть его не подвергается перерекристаллизации. Поэтому неполный отжиг не устраняет пороки стали связанные с нежелательными размерами и формой избыточного феррита . Для доэвтектоидной стали неполный отжиг применяется лишь тогда , когда отсутствует перегрев , ферритная полосчатость, и требуется только снижение твердости и смягчения перед обработкой резанием .

7.3 Сфероидизирующий отжиг .

Сфероидизирующий  отжиг с нагревом несколько выше температуры Ас1 и несколько ниже точки Аr1 (740 -780 C ) и последующем медленном охлаждением применяют к заэвтектоидным сталям , что позволяет получить зернистую форму перлита вместо пластинчатой .

Для режима сфероидизирующего  отжига заэвтектоидных сталей характерен узкий температурный интервал отжигаемости. Верхняя граница не должна быть выше слишком высокой , т.к. иначе при растворении центров карбидного выделения при охлаждении образуется пластинчатый перлит . а для сталей близких к эвтектоидному составу этот интервал особенно узок т.к. точки Асm и А1 сходятся при эвтектоидной концентрации .

Выдержка  при постоянной температуре необходима для окончательного распада переохлажденного аустенита и коагуляции карбидов и составляет 4-6 часов в зависимости  от массы отжигаемого металла .

Скорость  охлаждения очень сильно влияет на конечную структуру . чем меньше скорость , тем до больших размеров вырастают глобули карбида при распаде аустенита. Регулируя скорость охлаждения , можно получать структуры глобулярного перлита от точечного до крупнозернистого . Более мелкозернистый перлит обладает повышенной твердостью .

На твердость  будет оказывать влияние и  повышение температуры отжига до 800-820 С .Твердость будет снижаться  из-за развития сфероидизации , а при  дальнейшем повышении температуры  отжига твердость растет из-за появления все в большем количестве пластинчатого перлита .

II Характеристика сплава железа с содержанием углерода 5,0 %. 
 

      В системе железо — углерод существуют следующие фазы: жидкая фаза, феррит, аустенит, цементит, графит.

1. Жидкая фаза. В  жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.

2. Феррит — твердый раствор внедрения углерода в α-железе с ОЦК (объемно-центрированой кубической) решеткой.

Феррит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную — 0,006 % при комнатной температуре (точка Q), максимальную — 0,02 % при температуре 727 °C (точка P). Атомы углерода располагается в центре грани или (что кристаллогеометрически эквивалентно) на середине ребер куба, а также в дефектах решетки.

При температуре выше 1392 °C существует высокотемпературный феррит, с предельной растворимостью углерода около 0,1 % при температуре около 1500 °C (точка I)

Свойства феррита  близки к свойствам чистого железа. Он мягок (твердость — 130 НВ) и пластичен, магнитен (при отсуствии углерода) до 770 °C.

3. Аустенит (γ) — твердый раствор внедрения углерода в γ-железе с ГЦК (гране-центрированной кубической) решеткой.

Атомы углерода занимают место в центре гранецентрированной кубической ячейки.

Аустенит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную — 0,8 % при температуре 727 °C (точка S), максимальную — 2,14 % при температуре 1147 °C (точка Е).

Аустенит имеет  твердость 200—250 НВ, пластичен, парамагнитен.

При растворении других элементов в аустените или в феррите изменяются свойства и температурные границы их существования.

4. Цементит (Fe₃C) — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), со сложной ромбической решеткой, содержит 6,67 % углерода. Он твердый (свыше 1000 HВ), и очень хрупкий. Цементит фаза метастабильная и при длительным нагреве самопроизвольно разлагается с выделением графита.

В железоуглеродистых сплавах цементит как фаза может  выделяться при различных услових:  

• — цементит первичный (выделяется из жидкости), 
• — цементит вторичный (выделяется из аустенита), 
• — цементит третичный (из феррита), 
• — цементит эвтектический и 
• — эвтектоидный цементит.

Цементит первичный  выделяется из жидкой фазы в виде крупных  пластинчатых кристаллов. Цементит вторичный  выделяется из аустенита и располагается в виде сетки вокруг зерен аустенита (после эвтектоидного превращения они станут зернами перлита). Цементит третичный выделяется из феррита и в виде мелких включений располагается у границ ферритных зерен.

Эвтектический цементит наблюдается лишь в белых чугунах. Эвтектоидный цементит имеет пластинчатую форму и является составной частью перлита.

Цементит может  при специальном сфероидизируюшем отжиге или закалке с высоким  отпуском выделяться в виде мелких сфероидов.

Влияние на механические свойства сплавов оказывает форма, размер, количество и расположение включений цементита, что позволяет на практике для каждого конкретного применения сплава добиваться оптимального сочетания твердости, прочности, стойкости к хрупкому разрушению и т. п.

 
 
 
 

III Описание сплава 18ХГТ. 
 

18ХГТ –  конструкционная легированная сталь с содержанием углерода 0,18 %, хрома, марганца и титана менее 1% каждого. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

IV Устройство кислородного и ацетиленового баллонов.

Кислородные баллоны (рис. 4.1). Газообразный кислород хранят и транспортируют в стальных баллонах под давлением 150 кгс/см².

Рис. 4.1. Кислородный баллон:

• 1- опорный башмак, 2 -корпус, 3 - кольцо, 4 - запорный вентиль, 5 - предохранительный

Для приближенного  определения количества кислорода в баллоне можно пользоваться формулой V_к=V_бP_к,

где V_к - количество кислорода в баллоне, л;

V_б - водяная емкость баллона, л;

Р_к -давление кислорода в баллоне по манометру, кгс/см².

Так, в полном кислородном  баллоне количество кислорода равно: 40X150=6000 л, или 6 м³ (при атмосферном давлении).

Ацетиленовые баллоны (рис. 4.2). Ацетилен в отличие от сжатых газов хранят и транспортируют в растворенном состоянии. Ацетиленовые баллоны выпускаются по ГОСТ 5948-60 и имеют те же размеры, что и кислородные. Кроме цельнотянутых баллонов из бесшовных труб применяются также сварные баллоны типа БАС-1-58, изготовляемые из углеродистой или низколегированной стали.

Рис.4.2. Ацетиленовые баллоны:

а - бесшовный, б - сварной БАС-1-58; 1 - корпус, 2 - запорный вентиль, 3 - предохранительный колпак, 4 -газовая подушка, 5 - пористая масса с ацетоном, 6 - опорный башмак

Внутри ацетиленового  баллона находится пористая масса  с ацетоном 5. Пористая масса представляет собой зернистый активированный древесный уголь с размером зерен 1-3,5 мм марки БАУ (ГОСТ 6217- 74). На 1 л емкости баллона вводится 290-320 г активированного Угля. Ацетон (СН₃СОСН₃) вводится в баллон в количестве 225-300 г на 1 л емкости баллона. Он пропитывает пористую массу и при наполнении баллонов ацетиленом хорошо растворяет его.

Количество  ацетилена в баллоне на заводах-наполнителях определяется взвешиванием его до и  после наполнения. Для приближенного  определения количества ацетилена  в баллоне можно пользоваться формулой V_a = 7V_бP_a,

где V_а - количество ацетилена в баллоне, л; 7 - коэффициент, учитывающий количество ацетона и растворимость ацетилена; V_б - водяная емкость баллона, л; P_а - давление ацетилена в баллоне по манометру, кгс/см².

Так, в полном ацетиленовом баллоне количество газообразного  ацетилена равно: 7X40X19=5320 или 5,32 м³ (при нормальных условиях). 
 
 

V Классификация способов резки.

Плазменная  резка металлов. 

Термическую резку металлов и сплавов можно  классифицировать по следующим основным признакам:

по способу  нагрева разрезаемого металла (газовый или электрический);

в зависимости  от места и среды, где происходит резка металла (резка на земле  и под водой);

по способу  механизации (ручная и механизированная резка);

с применением  флюса, и без него, (газовая и  кислородно-флюсовая резка);

по характеру удаления металла (разделительная и поверхностная резка);

по положению, в котором выполняется резка (нижнем,  вертикальном, а иногда в монтажных условиях, потолочном положениях).

Газовая, резка, в свою очередь подразделяется на бесфлюсовую — обычную газовую резку и кислородно-флюсовую резку. К. газовой резке относятся: резка с применением ацетилена и его заменителей, кислородно-флюсовая, подводная и копьевая резка.