Количественный рост производства цемента в нашей стране

Хромокремниймаргандевые стали 30ХГСА, 35ХГСА, называемые хромансилами, содержат по 1% хрома, марганца и кремния и характеризуются хорошими механическими и технологическими (свариваются, штампуются) свойствами. Среди их недостатков можно отметить чувствительность к концентраторам напряжений, к коррозии под напряжением и водородному охрупчиванию, а также склонность к обратимой отпускной хрупкости. Эти стали широко применяют в автомобилестроении и авиации для изготовления силовых сварных конструкций, валов, деталей рулевого управления и т. д. Хромоникелевые стали (40ХН, 45ХН, 30ХНЗА и др.) содержат 0,5 — 0,8%

Сr и 1— 3% Ni. Они отличаются хорошей прокаливаемостью, прочностью и вязкостью (σ_в = 1000 МПа, σ_0,2 = 800 МПа, d = 10 — 11%, КСU = 0,7 — 0,8 МДж/м²). Хромоникелевые стали, также как хромансил и хромистые, склонны к обратимой отпускной хрупкости и должны охлаждаться после высокого отпуска с большой скоростью (в воде или масле). 

 

Рис. 1 Влияние температуры отпуска на ударную вязкость стали: 7 и 2 — интервалы отпускной хрупкости I и 11 рода соответственно

 

        -300 -500    650

Отпускной хрупкостью называют охрупчивание стали при некоторых условиях отпуска. Различают два рода отпускной хрупкости, что соответствует двум минимумам ударной вязкости на ее зависимости от температуры отпуска: для отпуска при 300 °С и при -550 °С. Отпускная хрупкость I рода проявляется при отпуске около 300 °С и вызывается неравномерностью распада мартенсита по объему и границам зерен. Менее прочные приграничные слои зерен, претерпевающие почти полный распад на ферритно-цементитную смесь, играют роль концентраторов напряжений, что в конечном итоге вызывает хрупкое разрушение.

Отпускная хрупкость II рода проявляется лишь в результате медленного охлаждения после отпуска при температурах выше 500 °С. При быстром охлаждении вязкость не уменьшается, а, наоборот, возрастает с повышением температуры отпуска. Поэтому отпускную хрупкость II рода иногда называют обратимой в отличие от отпускной хрупкости I рода, именуемой необратимой. Отпускная хрупкость II рода вызвана активным карбидообразованием по границам зерен, обеднением в связи с этим приграничных районов легирующими элементами (хромом, марганцем) и диффузией сюда фосфора. В результате происходит охрупчивание стали из-за ослабления прочности межзеренных сцеплений. При быстром охлаждения фосфор не успевает диффундировать из объема зерен к границам.

Присутствие же 0,2—0,5% молибдена (или 0,5—0,8% вольфрама) в стали затормаживает  диффузионные процессы, уменьшает разницу  в диффузионной подвижности атомов в объеме и по границам зерна и тем самым существенно препятствует возникновению неоднородности между указанными зонами. Ванадий (0,15%) способствует измельчению зерна. Поэтому хромоникелевые стали, легированные молибденом (вольфрамом) и ванадием, 36Х2Н2МФА, 38ХНЗМА, 38ХНЗВА, 38ХНЗМФА и др., обладают лучшими свойствами. Повышение в них содержания никеля до 3—4% еще более улучшает прокаливаемость и снижает порог хладноломкости t_в с -40 °С до -60 °С.

Стали относятся к  мартенситному классу, слабо разупрочняются при нагреве до 300 — 400 °С. Из них  изготавливают валы и роторы турбин, тяжелонагруженные детали редукторов и компрессоров.

 

14. Какие три основные  категории качества различают  у углеродистых сталей? Что такое качественность стали? Чем она определяется? Как маркируются стали каждой категории?

 

Сталь — основной металлический материал, широко применяемый для изготовления деталей машин, летательных аппаратов, приборов, различных инструментов и строительных конструкций. Широкое использование сталей обусловлено комплексом механических, физико-химических и технологических свойств. Методы широкого производства стали были открыты в середине XIX в. В это же время были уже проведены и первые металлографические исследования железа и его сплавов.

Стали сочетают высокую  жесткость с достаточной статической и циклической прочностью. Эти параметры можно менять в широком диапазоне за счет изменения концентрации углерода, легирующих элементов и технологий термической и химико-термической обработки. Изменяя химический состав, можно получать стали с различными свойствами и использовать их во многих отраслях техники и народного хозяйства.

По качеству стали классифицируют на обыкновенного качества, качественные, высококачественные. Под качеством стали понимается совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей — серы и фосфора. Газы являются скрытыми, количественно трудно определяемыми примесями, поэтому нормы содержания вредных приме сей служат основными показателями для разделения сталей по качеству. Стали обыкновенного качества содержат до 0,06% S и 0,07% Р, качественные — не более 0,04% S и 0,035% Р, высококачественные — не более 0,025% S и 0,025% Р. Стали обыкновенного качества бывают только углеродистыми (до 0,5% С), качественные и высококачественные — углеродистыми и легированными. Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380 — 90) выпускают в виде проката (прутки, балки, листы, уголки, трубы, швеллеры и т. п.) в нормализованном состоянии и в зависимости от назначения и комплекса свойств подразделяют на группы: А, Б, В,

Стали маркируются сочетанием букв Ст и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки, а не среднее содержание углерода в ней, хотя с повышением номера содержание углерода в стали увеличивается. Стали групп Б и В имеют перед маркой буквы Б и В, указывающие на их принадлежность к этим группам. Группа А в обозначении марки стали не указывается. Степень раскисления обозначается добавлением индексов: в спокойных сталях — «сп», полуспокойных — «пс», кипящих — «кп», а категория нормируемых свойств I (кроме категории 1) указывается последующей цифрой. В их составе разное содержание кремния: спокойные — 0,12 — 0,30, полу спокойные — 0,05 — 0,17; кипящие < 0,07, например СтЗсп, БСтЗпс или ВСтЗсп5 (в конце 5-я категория), Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1 — Стб, кипящими — Ст1 — Ст4 всех трех групп. Сталь СтО по степени раскисления не разделяют.

С увеличением номера марки прочность увеличивается, а пластичность стали, соответственно, уменьшается.

Стали группы А используют в состоянии поставки для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой. В этом случае они сохраняют структуру нормализации и механические свойства, гарантируемые стандартом.

Сталь марки СтЗ используется в состоянии поставки без обработки давлением и сварки. Химический состав этой группы сталей сильно колеблется. Ее широко применяют в строительстве для изготовления металлоконструкций.

Стали группы Б поставляют с гарантированным химическим составом, но механические свойства не гарантируются. Стали этой группы применяют для изделий, изготавливаемых с применением горячей обработки (ковка, сварка и в отдельных случаях термическая обработка), при которой исходная структура и механические свойства не сохраняются. Для таких сталей важны сведения о химическом составе, необходимые для определения режима горячей обработки.

Стали группы В поставляются с гарантированными механическими  свойствами и химическим составом. Стали группы В дороже, чем стали групп А и Б, их применяют для ответственных деталей (для производства сварных конструкций). В этом случае важно знать исходные механические свойства стали, так как они сохраняются неизменными в участках, не подвергаемых нагреву при сварке. Для оценки свариваемости важны сведения о химическом составе. Механические свойства на растяжение для каждой марки стали группы В соответствуют нормам для аналогичных марок стали группы А, а химический состав — нормам для тех же номеров марок группы Б. Например, сталь ВСт4сп имеет механические свойства на растяжение, аналогичные стали Ст4сп, а химический состав одинаковый со сталью БСт4сп.

Углеродистые стали  обыкновенного качества (всех трех групп) предназначены для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Эти стали используются, когда работоспособность деталей и конструкций обеспечивается жесткостью. Углеродистые стали обыкновенного качества, широко используются в строительстве при изготовлении железобетонных конструкций. Способностью к свариванию и к холодной обработке давлением отвечают стали групп Б и В номеров 1 — 4> поэтому из них изготавливают сварные фермы, различные рамы и строительные металлоконструкции, кроме того, крепежные изделия, часть из которых подвергается цементации.

Среднеуглеродистые стали  номеров 5 и 6, обладающие большой прочностью, предназначаются для рельсов, железнодорожных колес, а также валов, шкивов, шестерен и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин. Некоторые детали из этих сталей групп Б и В подвергаются термической обработке — закалке с последующим высоким отпуском.

В машиностроении эти  стали используются для изготовления деталей разного, чаще всего неответственного назначения и являются достаточно дешевым материалом. Они имеют более низкое содержание вредных примесей и неметаллических включений, чем стали обыкновенного качества. В промышленность эти стали поставляются в виде проката, поковок, профилей различного назначения с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.

В машиностроении применяют  углеродистые качественные стали, поставляемые по ГОСТ 1050 — 88. Содержание серы и фосфора  в них допускается в пределах 0,03 — 0,04% каждого из элементов. Маркируются эти стали двузначными цифрами 05, 08, 10, 15, 20,..., 75, 80, 85, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 20 содержит в среднем 0,20% С , сталь 75 — 0,75% С и т. д.

К углеродистым сталям относят  также стали с повышенным содержанием марганца (0,7—1,0%) марок 15Г, 20Г, 25Г, ..., 70Г, имеющих повышенную прокаливаемость (критический диаметр до 25—30 мм).

Спокойные стали маркируют  без индекса, полуспокойные и  кипящие — с индексом соответственно «пс» и «кп». Кипящие стали производят марок 05кп, 08кп, 10кп, 15кп, 20кп, полуспокойные — 08пс, 10пс,15пс, 20пс.

Качественные стали  широко применяются в машиностроении и приборостроении, так как за счет разного содержания углерода в них, а соответственно и термической обработки можно получить широкий диапазон механических и технологических свойств.

 

Задачи:

Задача № 1

Определить плотность  каменного образца правильной формы, если на воздухе его масса равна 80 г. Масса образца, покрытого парафином, равна 80,75 г. При взвешивании парафинированного  образца в воде получили 39 г. Плотность парафина принять равной 0,93 г/см³.

Дано:

m = 80 г – на воздухе

m = 80,75 г – покрытый парафином

m = 39 г – в воде (покрытый парафином)

ρ = 0,93 г/см² - парафина

ρ = ? – образца

Решение:

1 Объем каменного образца  правильной формы покрытого парафином находим используя закон Архимеда, то есть масса вытесненной образцом жидкости составляет разность между массой образца на воздухе и в воде.

М = m_{возд с пар} – m_вод  = 80,75 – 39=41,75 (г)

2 Объем вытесненной  жидкости и соответственно объем  образца с парафином определяем по плотности жидкости ρ_ж.

По условию задачи в качестве жидкости используется вода, поэтому плотность жидкости принимаем  равной 1 г/см³. Отсюда объем образца с парафином составляет 41,75 см³.

Масса парафина, используемого  для покрытия образца, составляет:

М_пар = m_{воз с пар} – m_воз = 80,75-80 = 0,75 (г)

Объем парафина составит:

V_{парафина} =

Объем образца без  парафина составит:

V = 41.75 - 0.8 = 40.95 (см³)

3 Средняя плотность  каменного образца правильной  формы:

Ответ: 1,95 г/см³

 

При стандартном испытании  образца стали толщиной 8 мм на твердость по Бринеллю глубина отпечатка шарика оказалась 0,53 мм. Определить твердость стали.

Дано: по Бринеллю

h = 8 мм

d = 0,53 мм

НВ = ? – твердость стали.

Решение:

При стандартном испытании образца стали по Бринеллю принимают шарик диаметром 10 мм под нагрузкой 3000Н.

Твердость стали по Бринеллю (НВ) определяется по формуле:

,

где Р – нагрузка, действующая на шарик

D – диаметр шарика твердомера

d - диаметр отпечатка шарика

Ответ: 2,12 Па

 

Задача № 3

Определить укравистость сажи (ламповой), если олифы содержится в краске 40% (по массе). На укрывание  стеклянной пластинки площадью 200см² с двухцветным грунтом израсходовано 1 г краски.

Дано:

в = 40% - олифы по массе

S = 200см²

m = 1г

У = ? сажи

Решение:

Укравистость пигмента в красках рассчитывается по формуле:

,

где в – процентное содержание олифы в краске рабочей  консистенции.

Укравистость сажи (ламповой) в готовой для покрасочных работ в краске:

 

Ответ: 30 г/м²

 

Задача № 4

 

ПРОЦЕСС КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СПЛАВА С СОДЕРЖАНИЕМ С = 1,7

 

A - 1539ºС – температура плавления железа

G - 911 ºС – температура полиморфного превращения железа

D - 1600 ºС – начало кристаллизации цемента

F - 1147 ºС – конец кристаллизации цемента

ACD – линия лисвидуса. На ней лежат точки начала кристаллизации сплавов.

AECF – линия салидуса. На ней лежат точки конца кристаллизации сплавов.

0 – сплав находится  в жидком состоянии

0-1 – охлаждение сплава

1 – начало первичной  кристаллизации. Образуются кристаллы  аустенита

1-2 – процесс кристаллизации. Охлаждение сплава

2 – сплав затверден

2-3 – охлаждение аустенита

3 – начало вторичной  кристаллизации. Образование цемента II из аустенита