Под редакцией Б. В. КНОРОЗОВА

Редакторы издательства А. Ф. АЛЕХИН. Э. М. ЩЕРБИНИНА, А. В. САВЕНКОВ Художественный редактор Г. А. ЖЕГИН Технический редактор Н. А. СПЕРАНСКАЯ Корректоры В. Б. ЛЕВИН, К. В. ШИН . Переплет художника Е. Н. ЩЕГЛОВОЙ

Сдано в набор 24.02.78. Подписано в печать 22.05.78. Т-07994. Формат бумаги 84Х108'/э2. Бумага типографская № 2. Гарнитура литературная. Печать высо­кая. Усл. печ. Л. 47,46. Уч.-изд. л. 50,69. Тираж 103 ООО (1-й завод 1—40 000 экз.). Заказ № 481. Цена 2 р. 80 к. Изд. № 3601.

Издательство «Металлургия», 119034, Москва, Г-34, 2-й Обыденский пер., д. 14 Владимирская типография «Союзполнгцефпрома» при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли 600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7

* В легированных чугунах дополнительно содержатся хром, ни­кель и другие элементы. Более точный состав чугуна см. также разд. II, гл. 5, 9.

** Восстановление в две стадии Fe₂0₃—'FesCU—-Fe происходит при температурах ниже 570° С и в доменной печи не получает раз­вития.

FeO + Скокса = Fe+CO_a -Q '

Таким образом, при прямом восстановлении расходуется только углерод кокса, хотя реагентом, взаимодействующим с FeO, является окись углерода СО. Непосредственное восстановление окислов желе­за при контакте с углеродом кокса практически не происходит. В прямом восстановлении могут также участвовать водород и са­жистый углерод, образующийся по реакции 2С0-»-С02+Ссажа.

Значение прямого восстановления обосновал акад. М. А. Пав­лов, доказавший ошибочность ранее общепризнанной теории фран­цузского металлурга Грюнера. По Грюнеру, восстановление железа должно происходить только косвенно (так называемый идеальный ход). М. А. Павлов установил, что наиболее экономичная работа печи (с наименьшим расходом кокса) может быть обеспечена, когда происходит как косвенное, так и прямое восстановление железа. Оп­тимальное соотношение между прямым н косвенным восстановлени­ем зависит от температуры воздушного дутья, количества исполь­зуемого природного газа и других факторов.

Науглероживание железа. Восстановление железа на­чинается при 400—500° С и заканчивается при 1300— 1400°С (в распаре печи). При этих температурах желе­зо(t_DJI—1539° С) находится в твердом состоянии в виде пористой губчатой массы,

3-481

* * Итоговая реакция; процесс идет в две стадии.

¹ Устройство микроскопов приведено в руководствах к лабора­торным работам по металловедению.

¹ Перегибы на кривой нагрева или охлаждения наблюдаются в том случае, если превращение происходит в интервале температур.

¹ Подробно рассмотрено в курсе физической химии.

¹ Сублимация (возгонка) — превращение в газообразное состоя­ние твердых (кристаллических) веществ, минуя жидкое состояние.

* Поры в решетке Fe^ гораздо меньше размеров атома углеро-

о

да (диаметр атома углерода 1,54 А), так что углерод, по-видимому, находятся в дефектах решетки. Название фазы «феррит» связано с ее ферромагнитными свойствами.

¹ В честь немецкого ученого Ледебура.

¹ Хром может заместить до 25% атомов железа, в то время как ванадий растворяется в десятых, а титан в сотых долях процента. Тантал, ниобнй и цирконий в цементите практически не растворя­ются.

¹ В этой закономерной ориентировке проявляется принцип структурного соответствия между образующимся мартенситом и ис- ■ ходной фазой — аустенитом.

16-48)

электросопротивление, Ом-см; ц — магнитная проницаемость в Гс/'э;

f— частота тока, Гц.

.17* 250

¹ Структурные превращения, происходящие в закаленной стали при ее нагреве ниже Аси рассмотрены в гл. 6,

¹ В американской литературе эти стали называют марэджинг.

* Для разных марок интервал опасных температур различен.

* При этих температурах на полированной поверхности стали наблюдается сииий цвет побежалости.

¹ Например, для Ст2 до эксплуатации о_в=36 кгс/мм², после Ов=38 кгс/мм²; до эксплуатации а_н= 10 кгс-м/см², после ~ 0,5 кгсХ Хм/см².

t, °С................... —70 20 800 1500

б, %................... 7 10 13 25

Обладая высокой жаропрочностью, молибден и его сплавы заметно окисляются уже начиная с 450° С. По­

этому необходима их защита от окисления. Основной спо-

• За счет увеличения температуры рекристаллизации иа 400— 5С&° С, т. е. до 2000—2200° С.

¹ Холодная сварка, сварка, взрывом, ультразвуковая сварка, сварка трением.

I&)'p \~di~J'p

При сварке постоянным током (рис. 310,6) в защитных газах дуга имеет возрастающую статическую характери­стику 4. Поэтому, как следует из приведенного выше урав­нения, внешняя характеристика источника питания мо­жет быть не только падающей 1, но и жесткой 2 или воз­растающей 3.

При режиме, соответствующем точке пересечения вольтамперных характеристик дуги и источника питания, длина дуги автоматически поддерживается постоянной в том случае, если скорость подачи электродной проволо­ки постоянна. В случае возникновения возмущений по длине дуги соответственно изменяется и ток. Например, с изменением длины дуги с /i до 1₂ (см. рис. 310,6) ток уменьшается с 1_Х до l'₂. Скорость плавления проволоки при постоянной скорости ее подачи уменьшается и длина дуги восстанавливается. Это свойство дуги называется саморегулированием.

¹ Скорость выхода на рабочий режим после вынужденных ко­ротких замыканий и т. д.

¹ Простые латуни — сплавы меди с цинком (до 40% Zn); в слож­ные латуни, кроме меди и цинка, вводят добавки свинца, железа и т.д. (см. разд. II, гл. 14, а также разд. III, гл. 3).

Особо чистый (иодидный), примесей <0,1%.

^[1] Маркс к., Энгельс Ф. Собр. соч., .1961, т. 21, с. 161.

^[2] При окомковаиии из пылеватого, увлажненного материала об­разуются комочки (до Б мм), что повышает газопроницаемость шихты.

[3] Здесь и дальше тепловые эффекты реакции условно обознача­ются буквой Q; нх значение в калориях не приводится.

* Конечная (итоговая) реакция процесса науглероживания, протекающего в две стадии.

[5] Итоговая реакция. Восстановление кремния происходит в две стадии: S1O2 "SiO "Si. По-вндимому, кремний восстанавливается из Si0₂и карбидом железв Fe₃C.

^[6] При выплавке других чугунов используют переводные коэф­фициенты: передельный чугун 1, литейный 1,15—1,4 и т. д.

^[7] Применяются также конверторы с отъемным днищем и шлем- ной частью (горловиной) и с несколько иной конфигурацией кор­пуса.

[8] Принятое обозначение: [С], [Si] и т. д.— компонент раство­рен в металле; (FeO), (СаО) и т. д. — в шлаке.

[9] Так как концентрация (число атомов) железа намного боль­ше, чем других элементов.

¹ По закону Ле-Шателье реакции экзотермические (+Q) полу­чают развитие при невысокой, эндотермические (—Q) — при высокой температуре.

^[10] ОЛП — по начальным буквам: Oxydene — кислород, Lance — фурма, Poudre — порошок (фраиц).

^[11] ЛД — АС. ЛД — распространенное за границей название кис­лородно-конверторного процесса; А — начальная буква наименова­ния фирмы Арбед, С — центра металлургических исследований Бель­гии и Люксембурга.

^[12] Процесс Калдо разработан Каллингом и впервые осуществлен на заводе в г. Домиарвете (Швеция).

[13] Примерно 50—55% тепла, уносимого из рабочего пространства печными газами, используется в регенераторах и котлах-утилизато- рах. Через кладку печи с охлаждающей водой потери тепла около 20—25%.

^[14] Начальные буквы слов part per million (англ.).

^[15] Несколько меньше, чем в готовой стали, так как в дальнейшем происходит некоторое науглероживание.

^[16] При охлаждении шлак рассыпается в белый порошок. Б* 67

^[17] Изложницы выдерживают 60—100 разливок.

^[18] См. стр. 87,

^[19] Иногда мелкие окатыши.

^[20] Иногда магний загружают в чушках и затем расплавляют.

^[21] Термин «ковалентный» обозначает спаривание валентных элект­ронов у соседних атомов.

^[22] На этих кривых переохлаждение не учитывается.

^[22] Диаграммы истинных напряжений строят и в других коорди­натах, например S—6;S—Inhjkи т. Д.

[23]Перитектос (греч.) — структура окружения. После окончания кристаллизации структурой сплава будут зерна ct-фазы, окруженные Р-фазой.

[24] См. гл. 14, рис. 164.

[25] В этом обозначении: Я — начальная буква от словаHardness — твердость; В — от словаBrinell.В способе Роквелла: Н — твердость; R —от словаRokwell; В —orсловаBall(шар); С — от словаcone (конус).

12* 179

[26] От слова Hart — твердость (немецк.).

^[27] От слова polygon — многоугольник (ввел Р. Кан в 1949 г.).

^[28] Термин предложен А. А. Бочваром, обнаружившим в 1946 г. необычайно большое удлинение сплава Zn+22% А1.

^[29] Фаза имеет такое название в честь английского ученого Р. Ау- стена.

[30] Состав сплавов и количество фаз для сплавов системы Fe- РезС определяют и рассчитывают по правилу отрезков,

[31] Начальные буквы от французских слов chouffe — нагрев и refroidissement — охлаждение.

^[32] Никель не образует карбидов в стали. При производстве ни­келя образуется карбид никеля NisC (см. раздел I «Металлургия», с. 91).

[33] Вольфрам и молибден могут образовывать карбиды обеих групп.

^[34] По данным некоторых исследователей, в процессе превращения перлита в аустенит инкубационный период отсутствует, т. е. пре­вращение начинается сразу при иагреве до температуры несколько выше точки Ai (линия I на рис. 103).

[35] Именно при такой температуре проявляется склонность ста­ли к росту зерна.

[36] В литературе на английском языке их часто называют ТТТ- днаграммами — time — temperature — transformation (время — темпе­ратура— превращение), что правильно отражает их сущность. Впер­вые диаграмма изотермического распада аустенита в стали была по­строена в 1930 г. Бейном и Давенпортом.

^[37] Эти названия структуры получили в честь английских ученых Sorbi и Troost.

^[38] Средняя суммарная толщина соседних пластинок феррита и цементита.

^[39] Под бездиффузионностью превращения следует понимать не отсутствие всяких перемещений атомов, а отсутствие диффузионного перемещения атомов углерода,

[40] Небольшое количество остаточного аустенита имеется в сталях и после охлаждения ниже М_к.

16*

^[41] Названа в честь Видманштеттена (Австрия), впервые открыв­шего ее в метеоритном железе (1908 г.).

^[42] Для полного отжига, нормализации и закалки изделия прак­тически нагревают до. одинаковых температур, отличие в этих ви­лах термической обработки заключается только в скорости охлаж­дения.

[43] Легирующие элементы I и II групп влияют на положение точ­киA iточно так же, как и точки А₃.

[44] Для выравнивания температуры по сечению для больших из­делий необходимо время, превышающее возможное время выдержки, согласно диаграмме изотермического распада аустенита. Размеры закаливаемых изделий лимитируются также и размерами ванн с рас­плавами солей.

^[45] Толщина закаленного слоя 6 =500Vplnf,где р —удельное

^[46] Бпервые была осуществлена П. П. Аносовым иа Златоустов- ском заводе.

^[47] Различные способы выплавки сталей, а также способы рас­кисления детально описаны в разд. I,

[48] При легировании стали азотом букву А ставят в середине обо­значения марки, например 15Х17АГ14.

19—481

[48] Легированная сталь, полученная Гадфильдом в 1882 г. (Г13).

Мартенситностареющие стали относятся к высоко­легированным сталям. Основным легирующим элемен­том является никель (10—26%). Кроме того, различа­ясь по составу, разные марки этих сталей содержат 7— 9% Со; 4,5—5% Мо; 5—11% Сг; 0,1—0,35 А1; -0,15— 1,6% Ti; иногда -0,3—0,5% Nb; ^0,2% Si, Мп; ^0,01 %S, Р каждого. Титан и алюминий вводят для образования интерметаллидов.

В мартенситностареющих сталях стремятся полу­чить минимальное количество углерода (^0,03%), так как углерод, образуя с легирующими элементами кар­биды, способствует охрупчиванию сталей. Кроме того, при этом понижается содержание легирующих элемен­тов в твердом растворе. Термическая обработка таких сталей заключается в закалке с 800—860° С, охлажде­нии на воздухе и затем отпуске — старении.

Мартенситностареющие стали используют для изго­товления шасси самолетов, оболочек космических лета­тельных аппаратов, прецизионных хирургических ин-

[50] Обычно в сталях повышение температуры закалки при­водит к сильному росту зерен аустенита. Имеющиеся в структуре быстрорежущих сталей первичные карбиды препятствуют росту зерна.

^[51] При циклических нагревах на поверхности штампов могут об­разовываться так называемые «разгарные» трещины.

21-481 321.

[52] При более высоком содержании хрома в стали будет присут­ствовать о-фаза (см. рис. 151).

^[53] Время испытания 1 мин (числитель) и 60 мин (знаменатель).

Молибден и его сплавы. Сплавы на основе молибдена применяют более часто по сравнению с другими туго­плавкими сплавами. В качестве легирующих добавок для повышения температур рекристаллизации в них вводят титан, цирконий, ниобий. Получены опытные сплавы с добавлением рения до 30—50%.

Сплав ВМ1 содержит <0,25% Zr; ~0,4% Ti. Сплав ВМ2 легирован цирконием 0,2—0,4%. Свойства этого сплава при различных температурах следующие:

о_в, кгс/мм⁸. 100 80 70 15

^[56] Для получения крупного зерна перед последним отжигом де­формацию заканчивают критической степенью обжатия.

^[57] В сплавах А1—Zn—Mg зоны Г. П. имеют форму сфер, в спла­вах А1—Mg—Si и Al—Mg—Си — форму нгл.

[58] От французского слова dur — твердый.

24-481

^[59] Кислород, например, может так увеличить хрупкость, что раз­рушение от внутризеренного переходит к межзеренному.

[60] Так называемых климатических температур.

^[61] Иногда этн смесн называют также XT — холоднотвердеющие, ПССХТ — песчано-смоляные смеси холодного твердения и т. п. Кро­ме синтетических смол, в качестве связующих применяют и другие вещества.

^[62] Положительного у катода и отрицательного у анода.

[63] Указанные размеры могут быть и больше.

Правильный выбор сварочного тока имеет большое значение для качества сварки и ее производительности.

Производительность сварки определяется количест­вом металла, наплавляемого в течение определенного времени. В зависимости от сварочного тока и времени сварки количество наплавляемого металлаG=a_nlt. ЗдесьG— масса наплавленного металла, г; / — свароч­ный ток, A; t —время, ч; а_я —коэффициент наплавки, (г/А)-ч. При ручной дуговой сварке он равен 8— 12 (г/А) -ч.

Большой ток для электрода данного диаметра недо­пустим, так как электрод и его покрытие перегреваются в результате чрезмерного выделения джоулева тепла, что приводит к повышенному разбрызгиванию металла и снижению качества швов.

Оптимальную величину сварочного тока / устанав­ливают экспериментально. Для электродов диаметром 3—6 ммI=kd,гдеk— коэффициент, зависящий от мар­ки электрода и его диаметра.

Для электродов с покрытием и стержнем из низко­углеродистой стали /г=30-=-60 А/мм, для электродов со стержнем из высоколегированной стали /г—30-4-40 А/мм.

Повышение производительности процесса при ручной дуговой сварке может быть достигнуто или применением электродов больших диаметров (6—10 мм), что позво­ляет увеличить сварочный ток, или применением элект­родов с повышенным коэффициентом наплавки, напри­мер за счет введения в состав покрытия порошка желе­за (АНО-1 и ОЗС-З). Кроме того, можно проводить сварку одновременно несколькими электродами (от двух до шести), собранными в пучок.

Электроды и сварочная присадочная проволока. При использовании плавящихся электродов необходимо: 1) стабильное горение дуги, спокойное и равномерное расплавление электродного стержня и покрытия; 2) хо­рошее формирование шва, получение металла шва заданного химического состава; 3) минимальное разбрыз­гивание электродного металла, легкая отделимость шла-

^[64] Например, покрытие мелом.

^[65] Меньше потерь металла на угар, разбрызгивание и огарки.

^[66] Автоматизация и механизация .процесса.

^[67] Так называемая «водородная болезнь».

^[68] Разд. И, гл. 14.

^[69] Сплавы на основе меди с оловом, алюминием, цинком и дру­гими компонентами (см. разд. II, гл. 14, а также разд. III, гл. 3).

^[70] Несплавленне, непровары, неметаллические включения, газовые поры и трещины.

44—481

[71] При 50 Ге

^[72] В приложениях приведены справочные данные о составе, свойствах и применении наиболее распространенных сплавов.

^[73] Остальное цннк.

[74] Условные обозначения видов термической обработки: Т4 — закалка; Т5 —закалка и частичное старение; Т6 — закалка и пол­ное старение до максимальной твердости.

сл________________________________________________

[75]² Технически чистый, примесей <0,2—0,5%.