Главная  Свойства 

 

Легированные стали и твердые сплавы

 

В строительных лабораториях технологическим испытаниям подвергают компоненты лакокрасочных материалов и готовые составы: определяют дисперсность и укрывистость пигментов, вязкость лаков и красок, скорость высыхания и т. п., оценивают также свойства лакокрасочных покрытий — прочность пленки на изгиб, твердость пленки, атмосферостойкость покрытия и др.

 

Определение вязкости лаков и красок. В зависимости от состава и способа нанесения на отделываемую поверхность (кистью, валиком, краскораспылителем и др.) краски и лаки должны иметь определенную консистенцию, оцениваемую по их вязкости. Вязкость лаков и красок чаще всего определяют с помощью вискозиметров типа ВЗ (ГОСТ 9070-75Е*) по времени истечения (в секундах) определенного количества испытываемой жидкости из сосуда с калиброванным отверстием. Чем выше вязкость жидкости, тем больше время ее истечения. Обычно для оценки вязкости красок используют вискозиметр ВЗ-4 ( 18. с диаметром сопла 4 мм. Он предназначен для лакокрасочных материалов с условной вязкостью по данному прибору от 12 до 200 с.

 

Вязкость лакокрасочных материалов более густой консистенции определяют шариковым вискозиметром ( 18. . За условную вязкость на этом приборе принимается время (в секундах) прохождения стального шарика между двумя метками вертикально установленной стеклянной трубки, заполненной испытываемым материалом. Чем выше вязкость материала, тем медленнее в нем движется шарик.

 

Тип применяемого вискозиметра обычно указывается в ГОСТах или ТУ на лакокрасочный материал или метод его испытания.

 

1 Вискозиметр ВЗ-4:

 

1 — сопло; 2 — резервуар; 3 — желобок

 

1 Шари:

 

1 — пробка; 2, 5 — i трубка; 4 — ша

 

Определение вязкости на вискозиметре ВЗ- Пробу лакокрасочного материала объемом 400 см3 тщательно перемешивают и во избежание засорения сопла вискозиметра фильтруют через сетку № 05, после чего выдерживают в течение 30 60 мин при температуре (20±2)°С в герметической емкости. Вискозиметр также выдерживают при этой температуре.

 

Вискозиметр закрепляют на химическом штативе так, чтобы верхний его край был в горизонтальном положении. Под сопло прибора помешают сосуд вместимостью не менее 110 см Закрыв отверстие сопла пальцем, в прибор наливают красочный состав с некоторым избытком так, чтобы образовался выпуклый мениск над верхним краем резервуара. Этот избыток удаляют с помощью стеклянной пластины, сдвигаемой по верхнему краю резервуара вискозиметра в горизонтальном направлении. После этого открывают отверстие сопла и в момент появления жидкости из сопла включают секундомер. Как только струя жидкости начинает прерываться, секундомер останавливают.

 

Испытания повторяют не менее трех раз, принимая за окончательный результат среднее арифметическое результатов трех измерений, при этом отклонение отдельных результатов от среднего не должно превышать 2,5%. После каждого испытания вискозиметр тщательно промывают растворителем и насухо вытирают мягкой тканью.

 

Шариковый вискозиметр (см. 18. представляет собой стеклянную трубку 3 внутренним диаметром 20 мм и длиной 350 мм, закрытую с одной стороны корковой пробкой. На трубке нанесены два штриха: нижний штрих на расстоянии 50 мм от нижнего края трубки и верхний на расстоянии 250 мм от нижнего штриха и соответственно 50 мм от верхнего края трубки. Трубку закрепляют в штативе 6 строго вертикально.

 

В случае испытания прозрачного материала от термостатированной при температуре (20±0, °С пробы материала отбирают 110 см3 и заполняют им трубку прибора. В одну руку берут секундомер, а другой осторожно опускают на поверхность материала у верхнего среза трубки стальной шарик диаметром 7,938 мм и массой 2,033 г. В тот момент, когда падающий шарик пересечет верхний штрих на трубке, включают секундомер и выключают его в момент пересечения шариком нижнего штриха, фиксируя время прохождения шарика между метками с погрешностью не более 0,2 с. Условную вязкость (в секундах) вычисляют как среднее арифметическое результатов трех испытаний.

 

При испытании непрозрачного материала в трубку прибора сначала наливают до нижней метки глицерин, затем до верхней метки — испытываемый материал и далее снова глицерин. Глицерин нужен для того, чтобы фиксировать момент прохождения шариком меток. В остальном испытания проводятся, как для прозрачного материала.

 

Легированием повышают коррозионную стойкость сталей, придают им стойкость в условиях низких и высоких температур и давлений, повышают прочность, твердость, износостойкость и др. Отдельные легирующие элементы повышают у стали: Си, Si, Cr, Mo, Ni и др. — коррозионную стойкость: Si, Cr, Mo, W, Mn, Ni и др. — твердость и прочность; V, Со, Ni — вязкость; Cr, Mn, Ni — сопротивление истиранию и т. д.

 

Легирующие элементы разделяют на две группы — не образующие карбидов и карбидообразующие.

 

Легированными или специальными называют стали, в которые вводят легирующие элементы (от греческого «лега» — сложное). Легирующими называют элементы, специально вводимые в сталь для изменения ее структуры и свойств. К ним относятся: Си, Al, Si, Ti, V, Cr, Nb, W, Mo, Ni, Mn, Co и др.

 

В легированных сталях содержатся три фазы: легированные фер рит, аустенит и цементит. Легированные феррит и аустенит являют ся твердыми растворами легирующих элементов соответственно t модификациях a-Fe и y-Fe, а легированный цементит является цементитом, в котором часть атомов железа замещена атомами легирующего элемента.

 

Легирующие элементы в стали могут находиться в свободном состоянии (очень редко), в виде твердых растворов замещения в феррите, аустените и цементите (легированный цементит), самостоятельных специальных карбидов, химических соединений с железом или друг с другом (интерметаллических) и с неметаллами (оксидов, сульфидов и др.). Более всего легирующие элементы образуют твердые растворы и карбиды. Большинство легирующих элементов растворяются в феррите и аустените с образованием твердых растворов замещения.

 

Легированные стали классифицируют в зависимости от общего содержания легирующих элементов: низколегированные содержат до 2,5%, среднелегированные 2,5—10% и высоколегированные — более 10% легирующих элементов; по назначению — конструкционные (машиностроительная, строительная), с особыми свойствами (коррозионно-стойкие или нержавеющие, жаростойкие, жаропрочные и др.) и инструментальные. Легированные стали маркируют с обозначением каждой марки стали буквой и числом.

 

Железо и вводимые в сталь легирующие карбидообразующие элементы Mn, Cr, Mo, W, Ni, V и др. (они расположены в порядке повышения степени сродства к углероду) образуют с углеродом кар-оиды — мПзс, Сг7Сз, Мо2С, W2C, NiC, VC и др., повышающие твер-дость и прочность стали. Железо имеет более низкую степень срод ства к углероду, чем легирующие элементы.

 

Стальные конструкции обычно являются сварными и поэтому для них применяют хорошо свариваемые малоуглеродистые (менее 0,22—0,25%о С) низколегированные стали повышенной прочности с добавлением более дешевых легирующих элементов — кремния и марганца.

 

Преимущества легированных сталей особенно полно проявляются после термической обработки.

 

Кроме низколегированных сталей повышенной прочности применяют и низколегированные стали высокой прочности, имеющие предел текучести более 450 МПа. Например, сталь марки 18Г2АФ имеет ферритно-перлитную структуру со значительно измельченными зернами вследствие наличия в ней нитридов ванадия, что значительно повышает предел текучести (примерно выше на 100 МПа).

 

Низколегированные строительные стали применяют для изготовления строительных стальных конструкций (ферм, мостов, нефтепроводов, газопроводов и др.) и арматуры для железобетонных конструкций.

 

Предварительно напряженные конструкции, в которых сталь одвергается большим напряжениям, армируют высокопрочными п еДНеуглеродистыми, высокоуглеродистыми и низколегированными (марок 45С, 80С, 35ГС, 45ГС, 20ХГ2С, 20Х2Г2Т) сталями в горячекатаном или термически упрочненном состоянии путем закалки и отпуска.

 

Низколегированные стали повышенной прочности обладают высокой пластичностью (8 = 23—25%) и ударной вязкостью, повышенной прочностью; предел прочности при растяжении 550— 600 МПа, предел текучести 350—450 МПа, а после термической обработки эти показатели становятся еще выше.

 

Коррозионностойкими называют стали, обладающие высокой стойкостью против коррозии в агрессивных средах. Наиболее подвержены коррозии в различных средах (на воздухе, в воде и др.) железоуглеродистые и низколегированные стали. В этих случаях на поверхности металлов образуется неплотная оксидная пленка, не предохраняющая металл от дальнейшей коррозии.

 

В железобетонных конструкциях применяют простые углеродистые стали и низколегированные арматурные стали в виде проволоки и стержней гладких или периодического профиля. Ненапряженные железобетонные конструкции, в которых сталь испытывает небольшие напряжения, армируют простыми углеродистыми сталями и низколегированными сталями марок 35ГС, 18Г2С и 25Г2С.

 

Наиболее широко применяются хромистые нержавеющие стали, а также хромоникелевые. В них главным легирующим элементом является хром. Хромистые содержат 0,08—0,40% С и 13—17% Сг и обладают полной коррозионной стойкостью на воздухе, в воде и некоторых кислотах, щелочах и солях благодаря тому, что на поверхности стали образуется плотная тонкая пленка оксида хрома, защищающая сталь от коррозии.

 

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали. При воздействии внешней среды может происходить разрушение металла, называемое коррозией.

 

Высокую коррозионную стойкость имеют и хромоникелевые стали. В качестве основных легирующих элементов в них вводят хром и никель. Их получают введением никеля в хромистую сталь, содержащую 0,12—0,14% С и 17—20% Сг. С введением никеля хромистая сталь приобретает аустенитную структуру, что уменьшает склонность зерен к росту, повышает коррозионную стойкость, предотвращает хладноломкость, улучшает механические свойства. Марки хромоникелевых нержавеющих сталей: 12Х18Н8, 12X18Н9Т, ЮХ14П4НТ и др.

 

При введении некоторых легирующих элементов в сталь скачкообразно повышается ее коррозионная стойкость, а при определенном количестве легирующего элемента возможно получение стали, практически не поддающейся коррозии. Название нержавеющей стали дается в зависимости от введенного в нее легирующего элемента.

 

Жаростойкие и жаропрочные стали. В различных областях техники все шире используют высокие температуры и давления. Между тем при высоких температурах металлы ведут себя иначе, чем щ обычных или даже несколько повышенных (300—350°С) темпераpax.

 

Сталь, содержащая менее 12% Сг, подвержена коррозии. Обычные марки хромистых нержавеющих сталей: 08X13, 12X13, 20X13, 30X13, 40X13, 12X17, 08Х17Т, 14Х17Н2 (содержит 1,5—2,5% Ni), 15Х25Т, 15X28.

 

При окислении стали^ легированной алюминием, кремнием или хромом, имеющими большое сродство к кислороду по сравнению с железом, на ее поверхности образуется тонкая плотная пленка оксидов АЬОз, Si02 или СггОз, затрудняющая дальнейшее окисление.

 

Коррозионностойкие стали применяют для изготовления строительных изделии и конструкций, эксплуатируемых в грунтовых и морских водах, газах и других агрессивных средах.

 

Предельная температура эксплуатации жаростойких сталей составляет 900—1150°С при содержании хрома 16—27%, если действие нагрузки кратковременное. При высокой температуре металл может иметь высокую прочность, а при длительном ее действии прочность становится низкой.

 

Жаростойкими (окалиностойкими) называют стали, стойку против химического разрушения (окисления) их поверхности в газо, вой среде при температурах выше 550°С, работающие длительное время в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. Окали, ностойкость стали повышают легированием ее элементами, обладь ющими большим сродством к кислороду, чем железо, вследствие чего в благоприятном направлении изменяются состав и строение окалины.

 

Легированные инструментальные стали и твердые сплавы. Легированные инструментальные стали применяют в тех случаях, когда углеродистую сталь нельзя применять ввиду недостаточной ее стойкости.

 

С повышением содержания данных легирующих элементов повышается окалиностойкость стали, что позволяет нагревать ее до более высокой рабочей температуры.

 

У низколегированных инструментальных сталей высокая твердость сохраняется до температуры 250°С, у высоколегированных до 600 °С.

 

Жаростойкие стали содержат 0,08—0,50% С; они легируются главным образом хромом, а также молибденом, вольфрамом, ванадием.

 

Низкоуглеродистые инструментальные стали применяют для готовления режущих инструментов, работающих в относительно й3 иХ условиях, и измерительных инструментов.

 

Тонкое лезвие (кромка) режущего инструмента работает под большим удельным давлением, в результате чего оно затупляется, изнашивается. Для обеспечения длительной надежной работы оно должно изготовляться из металла с твердостью выше 60HRC. При больших скоростях резания и особенно твердых металлов кромка режущего инструмента значительно нагревается (до красного каления). В этом случае режущая кромка должна быть из стали, обладающей так называемой красностойкостью (теплостойкостью), т. е-способностью сохранять высокую твердость при продолжительном нагревании.

 

Быстрорежущие стали обозначают буквой Р (рапиц-скорость); число за буквой Р — содержание вольфрама в процентах (буква В не пишется).

 

Марки низколегированных инструментальных сталей: Х06,85ХФ 9ХС, ХГ, ХВГ, ХГСВФ, В1 и др.

 

Твердые металлокерамические сплавы и керметы. Твердые сплавы изготовляют на основе тугоплавких карбидов. Они обладают высокими прочностью, твердостью, износостойкостью, коррозионной устойчивостью и жаростойкостью. Разогрев кромки режущего инструмента из быстрорежущей стали додустим только до 650°С, а из твердых сплавов разогрев возможен до 800—1000 °С.

 

Эти стали обладают высокой твердостью (горячей твердостью) и высокими режущими свойствами в горячем состоянии и красностойкостью, способностью сохранять высокую твердость во времени. Из них изготовляют режущие инструменты для работы при высоких скоростях резания, когда вьщеляется много теплоты и инструменты сильно нагреваются. Основные марки быстрорежущих сталей: Р18, Р6М5, РЗМЗФЗ, Р6М5Ф2КВ и др.

 

Из металлокерамических сплавов готовят режущие пластины, резцы, сверла, фрезы и др.; их применяют для скоростного резания металлов.

 

После отжига стали всех марок состоят из а-твердого раствора и карбидов.

 

Твердые металлокерамические сплавы готовят способом порошковой металлургии. Порошки карбидов вольфрама и титана смешивают с кобальтом или никелем (связующим веществом), прессуют, и полученные изделия обжигают при высокой температуре (1500—2000°С) до спекания. Обожженные изделия состоят из мельчайших зерен карбидов, связанных кобальтом. Полученные изделия обладают высокой твердостью (HRC до 8 вследствие содержания в них 90—95% карбидов и сохраняют ее вплоть до температуры 1000°С. Марки металлокерамических сплавов: ВК2, ВКЗ, ВК6, ВК8, Т5К10, Т14К8, Т15К6, Т30К6, Т60К6.

 

Керметы, т. е. керамико-металлические порошковые сплавы, готовят методом порошковой металлургии. Из порошков неметалли-еских материалов (карбидов, оксидов, нитридов, силицидов, бори-Дов) и металлов (кобальта, никеля, хрома и др.), являющихся язующим веществом, получают изделия с высокими показателями ердости, коррозионной стойкости, жаростойкости и жаропрочно-

 



Фундаменты на проса дочных грунтах. Кровли из асбестоцементаых плоских и волнистых листов. Кровли из мягких материалов. Крыши бань и саун. Легированные стали и твердые сплавы. Малярные работы. Материалы и изделия из горных пород.

 

Главная  Свойства 



0.0008