Метали і сплави у процесах поліграфічного виробництва

       Розташовуючись  поблизу зерен, збільшує температуру  переходу в крихкий стан, викликає холодноламкість, зменшує роботу поширення тріщин. Підвищення вмісту фосфору на кожну 0,01 % підвищує поріг холодноламкості на 20...25^oС.

       Фосфор  має схильність до ліквації, тому в  центрі злитка окремі ділянки мають  різко знижену в'язкість.

       Для деяких сталей можливе збільшення вмісту фосфору до 0,10.…0,15% для поліпшення обробки різанням.

       Сірка зменшується пластичність, зварюваність і корозійну стійкість. Фосфор спотворює кристалічні ґрати.

       Вміст сірки в сталях складає 0,025…0,06%... Сірка – шкідлива домішка, що потрапляє в сталь із чавуна. При взаємодії із залізом утворюється хімічна сполука – сульфід сірки FeS,  що,  у свою чергу, утворює із залізом легкоплавку евтектику з температурою плавлення 988^о. При нагріванні під прокатку або ковку евтектика плавиться, порушуються зв'язки між зернами. При деформації в місцях розташування евтектики виникають надриви і тріщини, заготовка руйнується – явище красноламкості.

       Красноламкість  – підвищення крихкості при високих температурах

       Сірка знижує механічні властивості, особливо ударну в'язкість ан і пластичність (δ і ψ), а так само межу витривалості.

       Сховані домішки - гази (азот, кисень, водень) – попадають у сталь при виплавці.

       Азот  і кисень знаходяться в сталі  у вигляді крихких неметалічних включень: окислів (FeО, SОi₂, Al₂O₃ ) нітридів (Fe₂N), у виді твердого розчину або у вільному стані, розташовуючись в дефектах (раковинах, тріщинах).

       Домішки азот N і кисень О підвищують поріг холодноламкості і знижують опір крихкому руйнуванню. Неметалічні включення (окисли, нітриди), будучи концентраторами напруги, можуть значно понизити межу витривалості й в'язкість.

       Дуже  шкідливим є розчинений у сталі  водень, що робить сталь значно крихкішою. Він призводить до утворення в  катаних заготовках і у поковках флокенів.

       Флокени – тонкі тріщини овальної або округлої форми, що мають у зламі вигляд плям – пластівців сріблистого кольору.

       Метал із флокенами не можна використовувати  в промисловості, при зварюванні утворяться холодні тріщини в  наплавленому й основному металі.

       Якщо  водень знаходиться в поверхневому шарі, то він видаляється в результаті нагрівання до 150…180^oС  або у вакуумі ~10¯²....10¯³мм рт. ст.

       Для видалення схованих домішок зазвичай використовують вакуумну обробку.

       Спеціальні  домішки – спеціально вводяться в сталь для одержання певних властивостей. Домішки називаються легуючими елементами, а сталі, що містять такі домішки - легованими . 

       2.3. Призначення легуючих  елементів.

       Основним  легуючим елементом є хром (0,8...1,2)%. Він підвищує прокалюваність, сприяє одержанню високої і рівномірної твердості сталі. Поріг холодноламкості хромистих сталей - (0…-100)^oС.

       Додаткові легуючі елементи.

       Бор - 0.003%. Збільшує прокалюваність, а також  підвищує поріг холодноламкості  (+20…-60^oС).

       Марганець – збільшує прокалюваність, однак  сприяє росту зерна, і підвищує поріг  холодноламкості до (+40…-60)^oС.

       Титан (~0,1%) уводять для здрібнювання зерна в хромо-марганцевій сталі.

       Введення  молібдену (0,15..0,46)% у хромисті сталі збільшує прокалюваність, знижує поріг холодоламкості до 20…-120^oС. Молібден збільшує статичну й динамічну міцність сталі, усуває схильність до внутрішнього окислювання. Крім того, молібден знижує схильність до відпускної крихкості сталей, що містять нікель.

       Ванадій у кількості (0,1…0,3)% у хромистих сталях подрібнює зерно і підвищує міцність і в'язкість.

       Введення в хромисті сталі нікелю, значно підвищує міцність і прокалюваність, знижує поріг холодноламкості, але при цьому підвищує схильність до відпускної крихкості (цей недолік компенсується введенням у сталь молібдену). Хромонікелеві сталі, мають найкращий комплекс властивостей. Однак нікель є дефіцитним, і застосування таких сталей обмежено.

       Нікель  можна замінити міддю, це не приводить  до зниження в'язкості.

       При легуванні хромо-марганцевих сталей кремнієм одержують сталі, що мають  гарну міцність і в'язкість, добре  зварюються, штампуються й обробляються різанням. Кремній підвищує ударну в'язкість і температурний запас в'язкості.

       Добавка свинцю, кальцію – поліпшує обробку  різанням. Застосування зміцнення термічної  обробки поліпшує комплекс механічних властивостей. 

       2.4. Класифікація сталей

       Сталі класифікуються за багатьма ознаками:

1. За  хімічним складом: вуглецеві та  леговані.

2. За  вмістом вуглецю:

• маловуглецеві,  (вміст вуглецю до 0,25 %);
• средньовуглецеві, (вміст вуглецю 0,3...0,6%);
• високовуглецеві,  (вміст вуглецю вище 0,7 %)

3. За  структурою рівноваги: доевтектоїдні, еквектоїдні, післяектевтоїдні.

4. За  якістю (кількісним показником якості  є вміст шкідливих домішок:  сірки й фосфору):

• 0,04≤S≤0,06%, 0,04≤P≤0.08%– вуглецеві сталі звичайної якості;
• S,Р =0,03…0,004%– якісні сталі;
• S,P≤0,03% – високоякісні сталі.

5. За  способом виплавки:

• у мартенівських печах;
• у кисневих конверторах;
• в електричних печах: електродугових, індукційних і ін.

6. За  призначенням:

• конструкційні – застосовуються для виготовлення деталей машин і механізмів;
• інструментальні – застосовуються для виготовлення різних інструментів;
• спеціальні – сталі з особливими властивостями: електротехнічні, з особливими магнітними властивостями й ін.

 
 
 

3.Маловуглецеві  сталі. Особливості   складу, структури  та властивостей 

       Маловуглецеві сталі (вміст вуглецю  < 0,25%) 05кп, 08, 07кп, 10, 10кп мають невисоку міцність, але високу пластичність. Для мало вуглецевих  сталей характерні такі значення:

• міцність  σв=330...340 Мпа,
• коефіцієнт текучості σ0,2=200...210 Мпа,
• пластичність δ=27...23%.

       Такі сталі без термічної обробки використовуються для деталей, що слабо навантажуються. Тонколистову холоднокатану маловуглецеву сталь використовують для холодного штампування виробів. Якісні сталі з низьким вмістом вуглецю можна використовувати і для відповідальних зварних конструкцій і для деталей машин, але при зміцненні цементацією.

       Після проведення цементації (насичення поверхневого шару вуглецем), сталь гартують. Як наслідок, у верхньому шарі товщиною 1...1,5мм досягається висока міцність (а отже, підвищ. зносостійкість), в той же час серцевина лишається пластичною з невеликою міцністю.

       Маловуглецеві сталі відносяться до перлітно–феритного класу доевтектоїдної групи. Після  повільного охолодження сталь складається  з двох фаз: фериту (твердий розчин вуглецю в α-залізі) і  цементиту (карбід заліза). Зі зменшенням вмісту вуглецю, лінійно зменшується і вміст цементиту, і збільшується вміст фериту в сталі (рис.3.). 

       

       в)

       Рис.3.Діаграма стану Fe – Fe3C (а), кількість фазових (б) і структурних (в) складових залежно від вмісту вуглецю.

       Зменшення цементиту понижає дислокацію, тобто  зменшує опір деформації, проте підвищується пластичність і в’язкість.  Отже, чим менший вміст вуглецю в  сталі – тим менша міцність, границя міцності і текучості; підвищується відносне видовження, звуження,  ударна в’язкість і стійкість до тріщин.     

       

       Рис.4. 

       Особливу  групу складають сплави з вмістом  вуглецю менш 0,02% , їх називають технічне залізо. Мікроструктури сплавів представлені на рис.4. Структура таких сплавів після закінчення кристалізації складається або з зерен фериту (рис.4.а), при змісті вуглецю менш 0,006 %, або з зерен фериту і кристалів цементиту третинного, розташованих по границях зерен фериту (рис.4.б), якщо зміст вуглецю від 0,006 до 0,02 %. 
 
 
 
 
 

   Використана  література: 

1. С.І. Мельничук, С.М. Ярема, “Офсетний друк”, Київ, Укр.НДІСВД “Хагар”, 2000
2. В.И. Шеберстов , “Технология изготовления печатных форм», Москва, «Книга», 1990
3. О.В. Травин, Н.Т. Травина,  «Материаловедение», Москва, «Металлургия», 1989
4. Ю.А Геллер, А.Г. Рахштадт «Материаловедение», . Москва, «Металлургия», 1989
5. Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева, «Материаловедение», Москва, «Машиностроение», 1990