Общая характеристика и способы получения сталей и чугунов

Глава 3. Смазывание ПТ и СДМ

Упрочнение поверхностей.

Повышение качества поверхностей трения.

Обеспечение благоприятных условий трения

Методы повышения износостойкости деталей

 

 

 

а) улучшение вида трения

 

НАПРИМЕР: скольжение……качение со скольжением……качение

(уменьшения отклонения движения колес от истинного движения);

 

без смазки…..граничное…..жидкостное.

(замена открытых зубчатых передач закрытыми, смазывание открытых узлов трения, если это не приводит к образованию абразивных паст)

 

б) защита сопряжения от вредного воздействия среды (пыли, влаги и т.п.).

 

а) уменьшение шероховатости поверхностей трения.

 

НАПРИМЕР, чистовая обработка зубчатых передач, опорно-поворотных устройств и т.п. уменьшают усталостное изнашивание;

 

б) применение покрытий, предохраняющих поверхности от схватывания и фреттинг-коррозии;

 

НАПРИМЕР: повышают сопротивление схватыванию и снижают коэффициент трения следующие покрытия:

1) уменьшение схватывания:

- фосфатирование в комбинации с покрытием молибденом;

- сульфидирование (насыщение серой);

- сульфоцианирование (насыщение азотом, углеродом, серой);

2) уменьшение фреттинг-коррозии:

- электоролитические покрытия кадмием, медью, оловом

 

 

 

-эффективно при всех видах трения, встречающихся в механизмах ПТи СДМ:

 

1) термообработка (закалка) снижает абразивное изнашивание ~ в 2 раза (для других видов износа еще больше)

 

ВНИМАНИЕ. Термообработка приводит к понижению вязкости (охрупчиванию) материала, что снижает ударную и изгибную прочность деталей. При распространении контактной нагрузки в глубину детали возможно отслаивание и разрушение упрочненного поверхностного слоя (например, закалка ТВЧ крановых колес оказалась нежелательной, лучше сорбитизация - вид ТО, заключающийся в нагреве выше температуры верхней критической точки и охлаждении со скоростью 100—600 °С/мин (в воздушной струе или в жидких средах, нагретых до 300—500 °С), что обеспечивает упрочнение на большую глубину).

 

2) цементация и газовое цианирование с последующейобъемной или поверхностной закалкой и низкотемпературным отпуском (200⁰С) еще более повышает абразивную износостойкость (в 3…6 раз).

3) электролизное борирование дополнительно повышает абразивную износостойкость по сравнению с цементацие в 3…4 раза.

 

4) наплавление на поверхность сплавов с карбидом бора и хрома повышают абразивную износостойкость в 5…10 раз.

 

 

(смотри следующий файл)

 

Стали и чугуны являются железоуглеродистыми сплавами сложного состава. Помимо железа и углерода в них всегда присутствуют такие примеси, как Mn, Si, S, P и газы (O, N, H). Эти примеси называют постоянными. Кроме постоянных примесей в сталях и чугунах могут также в небольшом количестве содержатся случайные примеси, такие как Cr, Cu, Ni и др.

Стали отличаются от чугунов более низким содержанием углерода и всех постоянных примесей. В сталях углерода содержится менее 2,14%, а в чугунах – больше 2,14%. Примерный химический состав низкоуглеродистых сталей и передельных чугунов приведён в следующей таблице:

Таблица 1

	С, %	Si, %	Mn, %	P, %	S, %
Сталь	0,14 – 0,22	0,2 - 0,3	0,4 – 0,65	0,05	0,055
Чугун	4 – 4,4	0,76 – 1,26	до 1,75	0,15 – 0,3	0,03 – 0,07

 

Кристаллизация сталей, согласно диаграмме «железо-цементит», завершается образованием аустенита, а чугунов – механической смеси аустенита и цементита, т.е. ледебурита. По этой причине стали, в отличие от чугунов, являются более пластичными материалами и лучше обрабатываются давлением при нагреве. Однако чугуны имеют более высокие литейные характеристики.

Чугуны получают в доменных печах из железных руд, содержащих железо в виде некоторых химических соединений, обычно в виде окислов. Доменный процесс состоит в восстановлении этих окислов твёрдым углеродом топлива (кокса) и печными газами (в основном СО). Продуктом доменного производства является восстановленное из окислов железо, обогащённое углеродом и постоянными примесями, то есть чугун.

Стали получают в сталеплавильных печах из чугунов. Сущностью процесса передела чугуна в сталь является снижение содержания в сплаве углерода и всех постоянных примесей путём их избирательного окисления и перевода в шлак или газы. В процессе выплавки стали окисляются не только примеси, но и основной компонент сплава – железо. При этом расплав оказывается насыщенным окислами железа FeO, которые могут существенно ухудшить свойства готовой стали. Для уменьшения содержания кислорода в сталях на заключительном этапе их выплавки проводят операцию раскисления. В жидкий расплав вводят Mn, Si и Al, которые более активны к кислороду, чем Fe. В результате окислы железа восстанавливаются, а кислород поступает в шлак. Схема реакций раскисления следующая:

 

Mn ® MnO шлак

FeO + Si ® Fe + SiO₂

Al ® Al₂O₃

По степени раскисления стали подразделяются на кипящие, спокойные и полуспокойные. Спокойные стали полностью раскислены Mn, Si и Al. Кипящие стали раскислены не полностью (только Mn), и процесс их раскисления продолжается в ковше. При этом кислород, содержащийся в сталях, взаимодействует с углеродом и образуются пузырьки газа СО, которые при бурном выделении создают эффект кипения. Схема этой реакции следующая:

FeO + С ® Fe + СО

Полуспокойные стали занимают промежуточное положение.