Dans la production d'acier, la métallurgie moderne utilise une énorme quantité d'impuretés et d'additifs. Les proportions et les quantités d'éléments d'alliage, comme on appelle également les additifs, sont généralement un secret commercial d'une entreprise métallurgique.
Carbone - fait partie intégrante de tout acier, puisque l'acier est un alliage de carbone et de fer. Le pourcentage de carbone détermine les propriétés mécaniques de l'acier. Avec l'augmentation de la teneur en carbone dans la composition de l'acier, la dureté, la résistance et l'élasticité de l'acier augmentent, mais la ductilité et la résistance aux chocs diminuent, et l'ouvrabilité et la soudabilité se détériorent.
Silicium - sa teneur insignifiante dans la composition de l'acier n'a pas d'effet particulier sur ses propriétés. Avec l'augmentation de la teneur en silicium, les propriétés élastiques, la perméabilité magnétique, la résistance à la corrosion et la résistance à l'oxydation à haute température sont considérablement améliorées.
Manganèse - il est contenu dans l'acier au carbone en petites quantités et n'a pas d'effet particulier sur ses propriétés. Cependant, il forme un composé solide avec le fer, ce qui augmente la dureté et la résistance de l'acier, tout en réduisant quelque peu sa ductilité. Le manganèse lie le soufre au composé MnS, empêchant ainsi la formation du composé nocif FeS. De plus, le manganèse désoxyde l’acier. L'acier contenant une grande quantité de manganèse acquiert une dureté et une résistance à l'usure importantes.
Soufre
- est une impureté nocive entrant dans la composition de l'acier, où on la retrouve principalement sous forme de FeS. Ce composé confère à l'acier une fragilité à haute température - fragilité rouge. Le soufre augmente l'abrasion de l'acier, réduit la résistance à la fatigue et réduit la résistance à la corrosion.
Dans l'acier au carbone, la teneur en soufre autorisée ne dépasse pas 0,07 %.
Phosphore - est également une impureté nocive entrant dans la composition de l'acier. Il forme avec le fer le composé Fe 3 P. Les cristaux de ce composé sont très fragiles, de sorte que l'acier devient très cassant à froid - fragilité à froid. L’effet négatif du phosphore est plus prononcé lorsque la teneur en carbone est élevée.
Composants d'alliage dans l'acier et leur effet sur les propriétés :
Aluminium - l'acier, dont la composition est complétée par cet élément, acquiert une résistance thermique et une résistance au tartre accrues.
Silicium - augmente l'élasticité, la résistance aux acides et la résistance au tartre de l'acier.
Manganèse - augmente la dureté, la résistance à l'usure, la résistance aux charges d'impact sans réduire la ductilité.
Cuivre - améliore les propriétés de résistance à la corrosion de l'acier.
Chrome - augmente la dureté et la résistance de l'acier, réduisant légèrement la ductilité et augmentant la résistance à la corrosion. La teneur en grandes quantités de chrome dans la composition de l'acier lui confère des propriétés inoxydables.
Nickel - tout comme le chrome, il confère à l'acier une résistance à la corrosion et augmente également sa résistance et sa ductilité.
Tungstène - faisant partie de l'acier, il forme des composés chimiques très durs - des carbures, qui augmentent fortement la dureté et la dureté rouge. Le tungstène empêche l'acier de se dilater lorsqu'il est chauffé et aide à éliminer la fragilité pendant le revenu.
Vanadium - augmente la dureté et la résistance de l'acier, augmente la densité de l'acier. Le vanadium est un bon agent désoxydant.
Cobalt - augmente la résistance à la chaleur, les propriétés magnétiques, augmente la résistance aux chocs.
Molybdène - augmente la résistance au rouge, l'élasticité, la résistance à la traction, améliore les propriétés anticorrosion de l'acier et la résistance à l'oxydation à haute température.
Titane - augmente la résistance et la densité de l'acier, est un bon désoxydant, améliore l'usinabilité et augmente la résistance à la corrosion.
Tout ce qui a été dit ci-dessus sur l'impact de la pollution atmosphérique sur les personnes, la faune et la végétation peut être confirmé par plusieurs exemples. Comme on le sait, certaines raffineries et entreprises pétrolières américaines utilisent du pétrole à haute teneur en soufre comme carburant. Dans l'un des États où se trouvent ces usines et entreprises, un examen médical approfondi de la population a été effectué. Les résultats de l'examen ont montré que les personnes qui se plaignaient d'odeurs désagréables présentaient divers phénomènes douloureux généraux : maux de tête, insomnie, suffocation, irritation des voies respiratoires supérieures. Tous ces phénomènes se produisaient périodiquement en relation avec l'entrée d'impuretés nocives dans l'atmosphère. Tous les phénomènes décrits entraînent souvent une fatigue accrue, une diminution des performances et des troubles fonctionnels du système nerveux. Lors de l'examen de l'état de santé de 1 322 étudiants juniors (Institut d'hygiène générale et communautaire de l'Académie des sciences médicales de l'URSS), vivant dans la zone d'émission d'une puissante centrale thermique, de nombreux enfants pratiquement en bonne santé présentaient une fibrose initiale. changements dans les poumons, et les enfants eux-mêmes se plaignaient de maux de tête fréquents, de faiblesse générale, d'irritation des muqueuses des yeux, de fatigue, etc. Des plaintes similaires concernaient la population vivant dans la zone d'une usine de viscose en Biélorussie, où il y avait était la pollution de l’air par du sulfure de carbone et du dioxyde de soufre.
L'effet néfaste de la pollution atmosphérique sur le bétail peut être jugé par le fait suivant, enregistré à proximité d'une des usines ouest-allemandes : un grand troupeau de bovins appartenant à la population du village industriel a été complètement détruit. De plus, la population de ce village a constaté une forte diminution du nombre d'abeilles, la mort de certaines espèces d'animaux sauvages et des dégâts sur la végétation même à une distance de 5 km de l'usine. La pollution de l'air par le dioxyde de soufre et les poussières contenant de l'arsenic, de l'oxyde de fer, de l'antimoine, etc. ont joué un rôle incontestable à cet égard. Il existe de nombreux rapports faisant état de la mort des couronnes et de la destruction du feuillage des arbres à proximité des usines chimiques. Les effets néfastes de la pollution atmosphérique incluent également la détérioration des conditions de vie de la population : en raison d'odeurs désagréables, beaucoup sont privées de la possibilité d'ouvrir les fenêtres et d'aérer les locaux, et la décoration extérieure des bâtiments est contaminée par de la suie et de la suie. Certaines émissions industrielles ont un effet destructeur sur les toitures métalliques des bâtiments résidentiels et publics.
Une attention particulière doit être portée au fait que certains produits cancérigènes se trouvent dans le goudron et les poussières de houille. Ces substances se condensent sur les particules de cendres et de suie qui pénètrent dans l'air atmosphérique sous forme de gaz de combustion. Il ne faut pas oublier cela, car certains types de combustibles contenant des composés cancérigènes produisent de très grandes quantités de gaz de combustion lorsqu'ils sont mal brûlés. Les sources d'une telle pollution de l'air dans les villes peuvent également être les entreprises de béton bitumineux, de feutre de toiture, de feutre de toiture et de distillation d'ardoise. Des données comparatives sur la propagation du cancer du poumon parmi les habitants de diverses zones peuplées ont montré que cette maladie touche plus souvent les personnes qui vivent depuis longtemps dans des villes industrielles, dont le bassin atmosphérique est caractérisé par de grandes quantités de pollution atmosphérique.
Enfin, la poussière et la fumée dans l'air des zones peuplées réduisent la transparence de l'atmosphère, provoquant une diminution de l'éclairement global et, surtout, provoquent un affaiblissement significatif de l'intensité de la partie ultraviolette du rayonnement solaire. Des mesures d'éclairage à lumière diffuse dans une zone industrielle de Moscou et à une distance de 8 à 10 km du centre ont révélé qu'à l'intérieur de la ville, l'éclairage est inférieur de 40 à 50 %. Par rapport à la région environnante, l'intensité du rayonnement solaire est inférieure de 25 à 30 % à Paris, de 50 % à Baltimore et de 67 % à Berlin.
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Introduction
La science des matériaux est une science qui étudie la composition, les méthodes de production, les propriétés physiques, chimiques et mécaniques, les méthodes de traitement thermique et chimico-thermique des matériaux, ainsi que leur finalité.
Les bases de cette science ont été posées dans les années 30 du XIXe siècle, lorsqu'une compréhension générale de la structure des métaux et des alliages a été développée, que des méthodes industrielles de production d'acier et les bases du traitement thermique ont été développées. Depuis lors, la métallurgie a commencé à prendre de plus en plus d'importance dans la résolution des problèmes d'adéquation des métaux à certains usages, de production d'alliages présentant certaines propriétés, en leur conférant les propriétés nécessaires par traitement thermique et chimico-thermique, etc.
Les bases de la théorie et de la technologie scientifiquement fondée du traitement thermique de l'acier ont été posées dans les travaux de D.K. Chernov (1839-1921) sur la métallographie du fer et de l'acier, qui ont acquis une reconnaissance internationale. Il a également développé la théorie de la cristallisation, créé l'une des méthodes de durcissement les plus avancées - l'isotherme et souligné les avantages de la cristallisation sous pression et de la coulée centrifuge.
La plus grande découverte du 19ème siècle. est devenue la loi périodique de D.I. Mendeleïev (1834-1907), qui permet d'établir un lien entre les propriétés, la composition et la structure des métaux et de prédire l'évolution des propriétés physico-chimiques et mécaniques. D'autres succès en métallurgie sont inextricablement liés aux noms des scientifiques soviétiques N. A. Minkevich, S. S. Steinberg, N. T. Gudtsov, N. S. Kurnakov, A. A. Baykov, A. A. Bochvar, G. V. Kurdyumov et bien d'autres.
Actuellement, les plastiques et autres matériaux non métalliques sont largement utilisés dans l'économie nationale, dont la création est devenue possible grâce aux travaux de A. M. Butlerov sur la théorie de la structure chimique des composés organiques ; S. V. Lebedev, qui a justifié la production industrielle de caoutchouc synthétique ; V. A. Kargin, qui a réalisé des études structurelles de matériaux polymères, et d'autres.
Une variété de matériaux sont utilisés dans la construction navale, dont le nombre augmente chaque année.
Le matériau est choisi en fonction des exigences du navire, de la structure ou de la pièce (résistance mécanique, durabilité, efficacité, fiabilité, etc.). Grâce au bon choix, vous pouvez augmenter la fiabilité et la durabilité du navire, augmenter sa vitesse et sa capacité de charge, réduire le poids, réduire les coûts d'exploitation, réduire les coûts et augmenter la productivité du travail pendant la construction.
La maîtrise de la science des matériaux permettra de résoudre la question de l'adéquation d'un matériau à certains usages.
Dans le contexte du progrès scientifique et technologique, le développement de
ses domaines déterminants de la science, de la technologie et de la production. Il n'existe pratiquement aucune branche de l'ingénierie mécanique, de la fabrication d'instruments et de la construction dans laquelle le soudage et le coupage des métaux ne sont pas utilisés. À l'aide du soudage, des joints permanents de presque tous les métaux et alliages de différentes épaisseurs sont obtenus - du centième de millimètre à plusieurs mètres.
L'influence des impuretés nocives de soufre, de phosphore et d'inclusions non métalliques sur la qualité de l'acier
L'acier est un alliage de fer et de carbone, dont la teneur en carbone peut atteindre 2,14 %. L'acier contient toujours d'autres éléments - des impuretés qui pénètrent dans l'alliage à partir de composés naturels et de ferraille lors du processus de désoxydation : manganèse, silicium, soufre, phosphore, nickel, cuivre, chrome, arsenic et autres.
Les impuretés dans l'acier sont divisées en impuretés permanentes, aléatoires et nocives. La qualité de l'acier est déterminée par la teneur en impuretés nocives.
Les principales impuretés nocives sont le soufre et le phosphore. « Le soufre et le phosphore sont les principaux ennemis auxquels doivent faire face les métallurgistes des métaux ferreux » (A.A. Baikov).
Les impuretés nocives comprennent également les inclusions non métalliques - gaz (azote, oxygène, hydrogène), à l'exception de l'arsenic, elles sont présentes dans tous les aciers. Ces impuretés sont nocives principalement parce qu'une augmentation de leur teneur réduit la résistance des produits laminés aux ruptures fragiles de diverses natures ; ces impuretés ont un effet particulièrement néfaste sur les propriétés des aciers exploités à basse température. L’une des tâches importantes de la métallurgie moderne est de réduire leur teneur à un minimum raisonnable.
Le soufre (S) entre dans l'acier à partir de la fonte (des cendres et du minerai).
S - 0,035 - 0,06% (0,018% S - acier de qualité). Le soufre est insoluble dans le fer ; il forme le composé FeS avec le fer. Ce composé forme avec le fer un eutectique à bas point de fusion ayant un point de fusion - Tm = 988°C.
La présence d'eutectique provoque une fragilité rouge, c'est-à-dire fragilité à haute température. Lorsqu'il est chauffé à 1000-1200°C, l'eutectique, situé le long des joints de grains, fond et lors de la déformation (OMD), des déchirures et des fissures apparaissent dans l'acier. Du soufre se forme avec lui
Euthemctique ( grec yutektos -- fond facilement) -- système liquide ( solution ou fondre), qui à une pression donnée est en équilibre avec des phases solides dont le nombre est égal au nombre de composants du système.
Par conséquent, lorsque les ébauches d’acier sont chauffées pour une déformation plastique, l’acier devient cassant. Lors d'une déformation plastique à chaud, la pièce
est détruit. Ce phénomène est appelé fragilité rouge. Sens Unique
Pour réduire l'influence du soufre, il faut introduire du manganèse. Ces inclusions sont en plastique et ne provoquent pas de fragilité rouge.
Le soufre est éliminé de l’acier à l’aide de manganèse. Le manganèse a une plus grande affinité pour le soufre que le fer, et forme le composé MnS à point de fusion élevé Tmelt = 1620?C :
FeS + Mn > MnS + Fe.
Le soufre et ses composés à température ambiante et basse contribuent à réduire la résistance aux chocs de l'acier, car la destruction du métal se produit le long des inclusions de sulfure (par conséquent, la résistance aux chocs du métal (KCU) diminue) (Fig. 5).
Figure 5. Effet du soufre sur les propriétés ductiles de l'acier
Le soufre réduit également la plasticité - d, w%.
Les inclusions de soufre nuisent à la soudabilité et à la résistance à la corrosion. Le soufre facilite l'usinabilité.
Le phosphore (P) est contenu dans la plage de 0,025 à 0,045 % de P. Il pénètre dans l'acier pendant le processus de production à partir du minerai, du combustible et des flux.
Le phosphore occupe une place particulière parmi d'autres éléments dont la présence affecte négativement la qualité de l'acier. D'une part, le phosphore est un élément d'alliage qui renforce considérablement la ferrite et augmente la résistance à la corrosion des produits laminés dans des conditions atmosphériques ; d'autre part, une teneur accrue en phosphore dans l'acier provoque l'apparition de fragilité, une diminution de la résistance aux chocs et à la rupture fragile, ainsi qu'une augmentation de la tendance à former des fissures de cristallisation lors du soudage.
En se dissolvant dans la ferrite, le phosphore déforme considérablement le réseau et augmente les limites de résistance et de fluidité, mais réduit la ductilité et la ténacité. Le fort effet fortifiant du phosphore s'explique par le fait que dans la ferrite, il remplace les atomes de fer, et comme son atome est plus gros que les atomes de fer, cela conduit à un renforcement important, mais aussi à une fragilisation. De plus, le phosphore empêche le microglissement transversal, augmentant ainsi la tendance au glissement des microplans, tandis que le nombre de plans de glissement diminue, en particulier avec la diminution de la température, et la tendance du fer au jumelage augmente également.
Plus l'acier contient de phosphore, plus la diminution de la viscosité est importante.
Le phosphore augmente considérablement le seuil de fragilité à froid.
Chaque 0,01 % de P augmente le seuil de fragilité à froid de l'acier de 20 à 25 °C (pour le carbone, chaque 0,1 % a le même effet).
Le phosphore a une forte tendance à la ségrégation (hétérogénéité de répartition). Le phosphore s'accumule dans les couches intermédiaires du lingot, le long des joints de grains, réduisant considérablement la résistance aux chocs.
Phosphore (P) – renforce les liaisons covalentes (fragiles) et affaiblit les liaisons métalliques. À mesure que la température diminue, la fragilité du métal augmente (fragilité à froid) (Fig. 6). Le phosphore rend l'acier plus facile à travailler avec des outils coupants (créant une fragilité). La présence combinée de phosphore et de cuivre (P + Cu) dans l'acier augmente la résistance à la corrosion.
Figure 6. Effet du phosphore sur la fragilité à froid de l'acier (0,2% C, 1% Mn)
Impuretés cachées :
C'est le nom donné aux gaz présents dans l'acier - azote, oxygène, hydrogène - en raison de la difficulté d'en déterminer la quantité. Les gaz pénètrent dans l'acier lors de sa fusion.
Dans l'acier dur, ils peuvent être présents, soit en se dissolvant dans la ferrite, soit en formant un composé chimique (nitrures, oxydes). Les gaz peuvent également être à l’état libre dans diverses discontinuités.
Même en très petites quantités, l'azote, l'oxygène et l'hydrogène altèrent fortement les propriétés plastiques de l'acier. Leur contenu en acier est autorisé
0,2 à 0,4 %. Suite à l'évacuation de l'acier, leur teneur diminue et leurs propriétés s'améliorent.
Oxygène (O2) : forme des oxydes d'inclusions non métalliques - FeO, MnO, Al2O3, SiO2.
Azote (N2) : forme des nitrures - Fe4N, Fe2N, AlN.
L'oxygène et l'azote sous forme libre se trouvent dans les cavités, les fissures, etc. Ces inclusions réduisent considérablement la résistance aux chocs, augmentent le seuil de fragilité à froid et réduisent la ductilité, tout en augmentant la résistance de l'acier (Fig. 7).
Figure 7. Effet des impuretés interstitielles d'oxygène (a) et d'azote (b) sur les propriétés visqueuses du fer
Hydrogène (H2) : Lors de la solidification, une partie de l'hydrogène à l'état atomique reste dans l'acier. Lorsque l'hydrogène atomique se transforme en hydrogène moléculaire, la pression augmente jusqu'à 150 MPa, formant des dépressions ellipsoïdales - des flocons, qui constituent un défaut irréparable. Les troupeaux contribuent à une grave fragilisation de l'acier.
L'hydrogène peut être partiellement éliminé de la couche superficielle en chauffant à 150-180°C, de préférence sous un vide d'environ 10-2 - 10-3 mm. art. Art. ou en chauffant à 800°C et en maintenant, l'hydrogène s'en va et le métal pur reste.
Traitement de l'acier avec des scories synthétiques
La technologie est utilisée dans des fours de grande capacité d'une capacité de 60 à 200 tonnes dans des ateliers dotés d'un four spécial pour la fusion des scories synthétiques. Le traitement de l'acier avec des scories synthétiques est le suivant. Avant de libérer l'acier de l'unité de fusion, 3...5 % du poids de l'acier est versé dans la poche de coulée de scories liquides contenant 55 % de CaO, 42 % d'Al2O3, jusqu'à 3 % de SiO2 et 1 % de FeO. Jusqu'à 25 % de fonte, de chaux (1,5 à 3,5 %) et de minerai de fer (2 à 3 %) sont ajoutés au remplissage. Après fusion, le bain est purgé à l'oxygène. Les scories d'oxydation sont drainées, du ferromanganèse est ajouté au métal, en comptant sur la limite inférieure de la teneur en manganèse dans l'acier en fusion, et du ferrosilicium à raison d'introduire 0,15 à 0,20 % de silicium. Ensuite, une petite quantité (~ 1 % en poids du métal) de scories calcaires est ajoutée avec l'ajout de chaux, d'argile réfractaire et de spath fluor. Il n'y a pas de période de récupération en tant que telle, mais une finition de courte durée (~ 30 minutes) est effectuée, pendant laquelle l'acier est amené à la température et à la composition spécifiées en introduisant les additifs d'alliage nécessaires. La désoxydation des scories n'est pas effectuée.
Avant de libérer l'acier, 80 à 90 % des scories sont évacuées du four. Ensuite, l'acier est libéré dans une poche dans laquelle sont versées des scories synthétiques, ce qui assure l'affinage du métal à partir du soufre et des inclusions non métalliques. Lors de la coulée, du ferrosilicium et, si nécessaire, du ferrotitane et du ferrovanadium sont introduits dans la poche. Généralement, on utilise du laitier synthétique de chaux-alumine (~ 55 % CaO et 45 % Al2O3), qui est versé dans la poche à raison de 4 à 6 %.
Ensuite, l'acier fondu est libéré dans la poche d'une hauteur aussi élevée que possible à l'aide d'un jet puissant. En raison du mélange intensif de l'acier et des scories, la surface de leur interaction augmente des centaines de fois par rapport à celle disponible dans le four. Les processus de raffinage sont donc fortement accélérés et ne nécessitent plus 1,5 à 2 heures, comme d'habitude dans un four, mais à peu près autant qu'il en faut pour libérer la matière fondue.
L'acier raffiné avec des scories synthétiques a une faible teneur en oxygène, en soufre et en inclusions non métalliques, ce qui lui confère une ductilité et une ténacité élevées.
Les refusions de raffinage comprennent : l'électroscorie, l'arc sous vide, l'arc plasma, le faisceau d'électrons, etc.
2. Sur la base du croquis de la pièce (Fig. 7), développez un croquis de la pièce moulée avec le modèle et les instructions de fonderie, fournissez des croquis du modèle, de la boîte à noyau et du moule de coulée assemblé (vue en coupe). Décrire la séquence de fabrication d'un moule en utilisant la méthode de moulage à la main.
Matériau de la pièce - acier 45L
Type de livraison de coulée GOST 977-75.
Substitut d'acier : 35L, 55L, 50L, 40L.
bâti de moulage en acier de mélange
Tableau 1 - Composition chimique de l'acier 45L
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Principaux composants et notations |
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Symboles en qualité d'acier |
Désignation des éléments selon le tableau périodique |
Composition dans le matériau % |
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Autres composants |
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manganèse |
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Pas plus de 0,3 |
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Pas plus de 0,3 |
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Pas plus de 0,3 |
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Pas plus de 0,045 |
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Pas plus de 0,04 |
traitement d'une pièce métallique par pression par compression entre les rouleaux rotatifs d'un laminoir pour réduire la section transversale du lingot ou de la pièce et leur donner la forme souhaitée. Dans les entreprises métallurgiques, cela se déroule en deux étapes. Tout d’abord, les lingots sont chauffés et roulés sur des broyeurs à sertir pour obtenir une billette. Les dimensions et la forme de la pièce dépendent de sa destination : pour le laminage de tôles et de bandes, on utilise des pièces rectangulaires d'une largeur de 400 à 2 500 mm et d'une épaisseur de 75 à 600 mm, appelées dalles ; pour le métal de haute qualité - des ébauches à section carrée d'une taille de 600 à 5 600 mm à 400 à 5 400 mm, et pour les tuyaux laminés pleins - à section ronde d'un diamètre de 80 à 350 mm. Ensuite, la billette obtenue est laminée en produits sidérurgiques commerciaux dans trois types principaux d'aciéries : tôles, profilés et tubes. Les tôles d'acier d'une épaisseur de 4 à 50 mm et les tôles d'une épaisseur allant jusqu'à 350 mm sont laminées sur des laminoirs à tôles ou blindées, et les tôles d'une épaisseur de 1,2 à 20 mm sont laminées sur des laminoirs continus, d'où elles sortent sous forme de longues bandes (plus de 500 m) enroulées en rouleaux. Les feuilles de moins de 1,5 à 3 mm d'épaisseur sont laminées à froid. Le laminage du métal de haute qualité est effectué avec chauffage à 1 100-1 250 °C séquentiellement en plusieurs étapes pour rapprocher progressivement la section transversale de la pièce initiale de la section transversale du profilé fini. Le laminage des tubes s'effectue généralement à chaud et comprend trois opérations principales. La première opération (perçage) est la formation d'un trou dans une pièce ou un lingot ; le résultat est un tuyau à paroi épaisse appelé manchon. L'opération est effectuée sur ce qu'on appelle. laminoirs à vis perçantes. La deuxième opération (laminage) consiste à allonger le manchon et à réduire l'épaisseur de sa paroi ; réalisée sur différents laminoirs : laminage continu, pèlerin, à vis, etc. La troisième opération est le calibrage (ou réduction) des tubes après laminage ; réalisées sur des broyeurs de calibrage. Afin de réduire l'épaisseur de paroi et le diamètre du tube, d'obtenir des propriétés mécaniques plus élevées, une surface lisse et des dimensions précises, après laminage à chaud, les tubes sont laminés à froid dans des laminoirs spéciaux. Une fois le laminage terminé, les produits obtenus sont découpés en morceaux de la longueur requise et soumis, par exemple, à un traitement thermique. recuit (si nécessaire), et vérification de leur qualité.
Du ser. 20ième siècle Le laminage des billettes d'acier est remplacé par la coulée continue (coulée) sur des machines de coulée spéciales. Grâce à l'utilisation de la coulée continue d'acier, les brames et blooms sont éliminés, la qualité des produits laminés est améliorée et les pertes liées au traitement des lingots, atteignant 15 à 20 %, sont éliminées.
A partir du croquis de la pièce finie (Fig. 21), élaborer un schéma du processus technologique de sa fabrication par la méthode de forgeage à chaud à l'aide d'un marteau vapeur-air. Lorsque vous effectuez un travail, vous devez :
1) décrire l'essence du processus de matriçage à chaud et indiquer le champ d'application de son application ;
2) dessiner un schéma du marteau et décrire son fonctionnement ;
3) établir la plage de température d'emboutissage et la méthode de chauffage de la pièce ;
4) dresser un dessin de la pièce forgée et déterminer sa masse ;
5) répertorier tous les déchets technologiques, déterminer le volume et la longueur de la pièce d'origine ;
6) sélectionner les transitions d'emboutissage et fournir un croquis de l'outil,
7) lister les opérations du procédé technologique nécessaires à l'obtention de ce forgeage,
8) décrire le mécanisme du processus d'estampage
1. Le forgeage à chaud est le processus de déformation à chaud dans lequel le flux de métal est limité à la cavité du flux de matrice.
Le flux de métal résulte de la force exercée par la machine-outil à travers la matrice sur la pièce à usiner. Pour toute méthode de matriçage à chaud, l’outil est un tampon. Le timbre se compose toujours de deux ou plusieurs parties. Les surfaces sur lesquelles les parties de la matrice entrent en contact les unes avec les autres sont appelées plans de séparation. Sur les plans de séparation se trouvent des cavités, qui sont comme une empreinte du futur forgeage, appelées ruisseaux. La pièce chauffée jusqu'à l'état plastique est placée dans le flux lorsque le tampon est ouvert. Lorsque les parties de la matrice se rejoignent, le métal de la pièce commence à couler, remplit le ruisseau et prend la forme du forgeage. Les pièces forgées produites par matriçage à chaud ont la forme d'une pièce finie avec de petites surépaisseurs sur les surfaces à usiner. Le forgeage à chaud est avantageux dans les environnements de production à grande échelle et de masse et est produit dans les ateliers de forge. Cette méthode est largement utilisée pour produire des pièces forgées de différentes formes pesant de 0,5 à 350 kg, et avec un équipement spécialisé, il est possible de produire des pièces forgées pesant jusqu'à 1 tonne.
Les avantages du matriçage à chaud sont les suivants :
uniformité et précision des pièces forgées,
haute performance,
possibilité de produire des pièces forgées de configuration complexe.
Le principal inconvénient du procédé est le coût élevé du tampon. Grâce au forgeage à chaud, il est possible de produire des pièces forgées à partir de tous les métaux et alliages présentant une ductilité à chaud.
Ces méthodes produisent des produits en métal, en plastique et autres matériaux de formes et de tailles très différentes avec différents degrés de précision dimensionnelle, de caractéristiques mécaniques et autres et de qualité de surface. Par conséquent, la production de forgeage et d'emboutissage est largement utilisée dans la construction mécanique et la fabrication d'instruments, dans la production de biens de consommation et dans d'autres secteurs de l'économie nationale. La fabrication de produits par forgeage et emboutissage permet de rapprocher le plus possible la forme originale de la pièce de la forme et des dimensions de la pièce finie et ainsi de réduire ou d'éliminer totalement les opérations coûteuses avec perte de métal en copeaux.
2. Les principaux types de marteaux pour le forgeage sont à moteur - vapeur-air et pneumatiques.
Le principal type de marteaux est le marteau à estamper à vapeur et à air. Dans les marteaux simple effet (Fig. 9), la vapeur (air comprimé) ne sert qu'à soulever les pièces tombantes vers la position haute. La course de travail (course vers le bas) s'effectue dans ces marteaux uniquement sous l'influence du poids des pièces tombantes.
Riz. 9. Schéma d'un marteau vapeur-air simple effet : 1 - trou pour le passage de l'air, 2 - cylindre de travail, piston, 3 - tige, 4 - femelle, 5 - percuteur supérieur (cachet), 7 - percuteur inférieur (cachet) , 8 -- tampon encreur, 9 -- chabot
Riz. 10. Schéma d'un marteau vapeur-air double effet :
1 - piston, 2 - tige, 3 - femme, 4 - percuteur supérieur (cachet), 5 - percuteur inférieur (cachet). 6 -- shabot
Dans les marteaux à double effet (Fig. 10), la vapeur ou l'air comprimé soulève non seulement les pièces vers la position supérieure, mais appuie également sur le piston par le haut pendant la course de travail. Ainsi, cela augmente la force de l’impact, accélérant les pièces qui tombent à une vitesse plus élevée.
Dans les marteaux à simple effet, le cycle de travail commence par l'alimentation en vapeur ou en air comprimé de la conduite dans la cavité inférieure du cylindre de travail 2 (voir Fig. 9). Agissant sur le piston 3, le vecteur énergétique l'oblige à se déplacer vers le haut. Reliée au piston 3 est une tige 4, à l'extrémité inférieure de laquelle est fixée une tête 5. Un percuteur supérieur 6 est installé sur la tête 5. Ainsi, lorsque de la vapeur ou de l'air comprimé est introduit, toutes les pièces tombantes montent vers le haut.
Près du couvercle supérieur, le long de la circonférence du cylindre, se trouvent des trous L à travers lesquels l'air au-dessus du piston s'échappe dans l'atmosphère.
Lorsque le piston 3, s'élevant, atteint les trous 1 et les bouche, un espace fermé apparaît au dessus du piston. Avec la poursuite de la course ascendante du piston, l'air présent dans cet espace sera comprimé. Ainsi, un coussin d'air est créé, qui assure un freinage en douceur du piston en position haute.
Lorsque la femme atteint une hauteur suffisante, le mécanisme de distribution de vapeur cesse de fournir de l'énergie au cylindre et l'air situé sous le piston est libéré dans l'atmosphère. La pression dans le cylindre diminue fortement. Sous l'influence de leur propre poids, les pièces mobiles tombent et le percuteur 6 heurte la pièce qui est posée sur le percuteur inférieur 7 (tampon). Il est fixé dans un plot de matrice 8 reposant sur une dalle 9.
Les marteaux à simple effet ont une conception simple et sont fiables en fonctionnement. Ils présentent cependant des inconvénients : la consommation d'énergie est élevée, il est difficile de régler la vitesse de déplacement du marteau, et donc la force du coup ; enfin, de délivrer un coup de même force que celui d'un marteau double effet. , la masse des pièces mobiles d'un marteau simple effet doit être bien plus importante. C’est pourquoi les marteaux à simple effet ont récemment été remplacés par des marteaux à double effet plus avancés. Marteau pneumatique. La conception la plus courante d’un tel marteau est illustrée dans le schéma suivant. Dans le cadre moulé 10 se trouvent deux cylindres - le compresseur 9 et le moteur 5, dont les cavités communiquent par les tiroirs 7 et 6. Le piston 8 du cylindre du compresseur est déplacé par la bielle 14 à partir de la manivelle 15, entraîné en rotation par le moteur électrique 13 à travers les engrenages. 11 et 12 (boîte de vitesses). Lorsque le piston se déplace dans le cylindre du compresseur, l'air est alternativement comprimé dans ses cavités supérieure et inférieure. L'air comprimé à 0,2-0,3 MN/m, lorsque vous appuyez sur la pédale ou la poignée qui ouvre les bobines 7 et 6, entre par elles dans le cylindre de travail 5. Ici, il agit sur le piston 4 du cylindre de travail. Le piston 4, réalisé d'une seule pièce avec une tige massive, est en même temps une tête de marteau, à laquelle est fixé le percuteur supérieur 3. De ce fait, les pièces tombantes 3 et 4 montent et descendent périodiquement et frappent la pièce posée. sur le percuteur inférieur 2, qui est fixé fixement sur un marteau massif 1. Selon la position des commandes, le marteau peut délivrer des coups uniques et automatiques d'énergie contrôlée, fonctionner au ralenti, appuyer avec force la pièce forgée sur le percuteur inférieur et tenir le marteau suspendu.
Les marteaux pneumatiques sont utilisés pour forger de petites pièces forgées (jusqu'à environ 20 kg) et sont fabriqués avec une masse de pièces tombantes de 50 à 1 000 kg.
Schéma d'un marteau pneumatique.
3. Lors de la déformation à chaud, la ductilité du métal est plus élevée et la résistance à la déformation est plus faible, ce qui s'accompagne donc de coûts énergétiques inférieurs. Le chauffage du métal pendant l'OMD affecte la qualité et le coût du produit. Exigences de base pour le chauffage : il est nécessaire de chauffer uniformément la pièce le long de sa section transversale et de sa longueur à la température appropriée dans un délai minimum avec le moins de perte de métal en tartre et une consommation de carburant économique. Un chauffage inapproprié provoque divers défauts : fissures, décarburation, oxydation accrue, surchauffe et grillage.
Un chauffage lent réduit la productivité et augmente l'oxydation et la décarburation de la surface de la pièce. En cas de surchauffe (chauffage au-dessus de l'intervalle OMD optimal), une croissance des grains se produit, ce qui réduit les propriétés mécaniques. Elle est corrigée par un recuit normal en chauffant à la température optimale, en maintenant puis en refroidissant lentement au four. En cas d'épuisement professionnel, c'est-à-dire lorsqu'il est chauffé à une température proche du point de fusion, les joints de grains fondent et des fissures apparaissent, ce qui constitue un défaut irréparable.
Chaque métal et alliage a sa propre plage de température spécifique pour le traitement sous pression à chaud, qui est sélectionnée dans des tableaux en fonction de la qualité de l'alliage. Ainsi, par exemple, pour les aciers au carbone, la température de début de déformation à chaud est choisie selon le diagramme de phases fer-cémentite à 100 - 200 °C en dessous du point de fusion de l'acier d'une composition chimique donnée, et la température du la fin de la déformation est considérée comme étant comprise entre 50 et 100 °C au-dessus de la température de recristallisation.
Avant le traitement sous pression, les billettes et les lingots sont chauffés dans des forges ou des fours. Les fours diffèrent des fours de chauffage par leur petite taille : ils sont chauffés avec du charbon, du coke ou du fioul ; le métal y est chauffé par contact direct avec le combustible. Ils sont utilisés pour chauffer de petites pièces lors du forgeage manuel. Les fours pour chauffer les pièces sont divisés en flammes et électriques, et selon la répartition de la température - en chambre et méthodique. Dans les fours à chambre - fours à chauffage périodique - la température est la même dans tout l'espace de travail. Les fours méthodiques avec une température de l'espace de travail en constante augmentation depuis le lieu de chargement des pièces jusqu'au lieu de leur déchargement sont des fours continus.
Propriétés mécaniques à T=20 °C pour 45L
Propriétés physiques pour 45L
|
W/(m deg) |
J/(kg deg) |
||||||
Propriétés technologiques pour 45L
Fonderie et propriétés technologiques du 45L
Composition chimique en % pour 45L
L'acier de coulée ordinaire est utilisé pour la production de cadres, d'engrenages et de jantes, de disques de frein, d'accouplements, de carters, de roues, de pignons, etc. - les pièces qui nécessitent une résistance accrue et une résistance élevée à l'usure et fonctionnent sous des charges statiques et dynamiques.
Difficile à souder - pour obtenir des joints soudés de haute qualité, des opérations supplémentaires sont nécessaires : chauffage à 200-300°C pendant le soudage, traitement thermique après soudage - recuit
Remplaçant: 35L, 55L, 50L, 40L
Propriétés mécaniques dans des sections jusqu'à 100 mm (GOST 977-75)
Tableau 26 Températures de fusion et de coulée des alliages de coulée
Pour obtenir des pièces moulées de haute qualité, les moules sont remplis de
le respect de certaines exigences dont les indicateurs sont :
a) température de fusion ;
b) durée de remplissage du moule ;
c) la nature de la matière fondue entrant dans le moule ;
d) le degré de remplissage de la carotte avec la masse fondue ;
e) hauteur du jet ;
f) remplissage en temps opportun du moule ; empêchant les scories et les inclusions non métalliques de pénétrer dans le moule.
La température de coulée de la masse fondue dans le moule est principalement déterminée par la conception des pièces moulées. Plus l'épaisseur de paroi est petite et plus les dimensions hors tout de la pièce coulée sont grandes, plus la température de la masse fondue coulée doit être élevée. Afin de réduire le retrait, des pièces moulées massives sont coulées avec une masse fondue à une température plus basse.
3. Principes unifiés pour la normalisation des systèmes d'admission et d'atterrissage
Un système de tolérances et de paliers est un ensemble de séries de tolérances et de paliers, naturellement construit sur la base de l'expérience, de recherches théoriques et expérimentales et formalisé sous forme de normes.
Le système est conçu pour sélectionner le minimum nécessaire, mais suffisant pour la pratique, les options de tolérances et d'ajustements des connexions typiques des pièces de machine, permet de normaliser les outils de coupe et les jauges, facilite la conception, la production et la réalisation de l'interchangeabilité des produits et de leurs pièces, et améliore également leur qualité.
Actuellement, la plupart des pays du monde utilisent des systèmes de tolérance et d'atterrissage ISO. Les systèmes ISO ont été créés pour unifier les systèmes nationaux de tolérance et d'ajustement afin de faciliter les connexions techniques internationales dans l'industrie métallurgique. L'inclusion des recommandations internationales ISO dans les normes nationales crée les conditions permettant de garantir l'interchangeabilité de pièces, composants et produits similaires fabriqués dans différents pays. L'Union soviétique a rejoint l'ISO en 1977, puis est passée à un système unifié de tolérances et d'atterrissages (USDP) et à des règles d'interchangeabilité de base, basées sur les normes et recommandations de l'ISO.
Les normes de base d'interchangeabilité comprennent des systèmes de tolérances et d'ajustements pour les pièces cylindriques, les cônes, les clavettes, les filetages, les engrenages, etc. Les systèmes de tolérances et d'ajustement ISO et ESDP pour les pièces de machines standard sont basés sur des principes de conception communs, notamment :
système de formation des paliers et types d'interfaces ;
système des principaux écarts;
niveaux de précision ;
unité de tolérance ;
champs préférés de tolérances et d'atterrissages ;
plages et intervalles de tailles nominales ;
température normale.
Le système de formation d'ajustements et de types d'accouplements prévoit des ajustements dans le système de trous (SA) et dans le système d'arbre (SV).
Les raccords dans un système de trous sont des raccords dans lesquels divers espaces et tensions sont obtenus en connectant différents arbres au trou principal (Fig. 3.1, a).
Les raccords dans le système d'arbre sont des ajustements dans lesquels divers espaces et interférences sont obtenus en connectant divers trous à l'arbre principal (Fig. 3.1, b).
Riz. 3.1. Exemples d'emplacement des champs de tolérance pour les atterrissages : a - dans le système de trous ; b - dans le système d'arbre
Pour tous les ajustements dans le système de trous, l'écart inférieur du trou EI = 0, c'est-à-dire la limite inférieure du champ de tolérance du trou principal, coïncide toujours avec la ligne zéro. Pour tous les ajustements dans le système d'arbres, l'écart supérieur de l'arbre principal est es = 0, c'est-à-dire que la limite supérieure de la tolérance de l'arbre coïncide toujours avec la ligne zéro.
Le champ de tolérance du trou principal est défini vers le haut, le champ de tolérance de l'arbre principal est défini à partir de la ligne zéro, c'est-à-dire dans le matériau de la pièce.
Le système des écarts principaux est une suite d'écarts principaux d'arbres en SA et de trous en SV, désignés respectivement par des lettres minuscules et majuscules de l'alphabet latin, par exemple a, b, ..., zb, zc ; A, B, …, ZB, ZC.
La valeur de l'écart principal est déterminée par la lettre correspondante et dépend de la taille nominale.
Dans les systèmes de tolérances et d'ajustements de différents types de pièces, un nombre différent d'écarts principaux est établi, le plus grand nombre d'entre eux étant contenu dans le système de tolérances et d'ajustements de pièces cylindriques lisses.
Les niveaux de précision peuvent être appelés différemment : degrés de précision - pour les pièces lisses, degrés de précision - pour les pièces filetées et les engrenages, ou classes de précision - pour les roulements, mais dans tous les cas, ils déterminent le niveau de précision requis des pièces pour remplir leurs fonctions. Les niveaux de précision sont généralement indiqués par des chiffres arabes ; plus le nombre est petit, plus le niveau de précision est élevé, c'est-à-dire plus précisément un détail.
L'unité de tolérance est la dépendance de la tolérance par rapport à la taille nominale, qui est une mesure de précision reflétant l'influence de facteurs technologiques, de conception et métrologiques. Les unités de tolérance dans les systèmes de tolérance et d'ajustement sont établies sur la base d'études sur la précision de l'usinage des pièces. La valeur de tolérance peut être calculée à l'aide de la formule T = a·i, où a est le nombre d'unités de tolérance, en fonction du niveau de précision (qualité ou degré de précision) ; je - unité de tolérance.
Les champs de tolérance et ajustements préférés sont un ensemble de champs de tolérance sélectionnés parmi les plus fréquemment utilisés dans la production de produits et d'ajustements ou de types de contraintes constitués à partir de ceux-ci. Ces champs de tolérance et d'ajustement constituent une série de champs préférés et recommandés et doivent être principalement utilisés lors de la conception de produits.
Les plages et intervalles de tailles nominales tiennent compte de l'influence du facteur d'échelle sur la valeur de l'unité de tolérance. Dans une plage de dimensions, la dépendance de l'unité de tolérance par rapport à la dimension nominale est constante. Par exemple, dans le système de tolérances et d'ajustements de pièces lisses pour la plage de dimensions de 1 à 500 mm, l'unité de tolérance est égale ; pour la plage de dimensions supérieure à 500 à 3 150 mm, l'unité de tolérance est i = 0,004D + 2,1.
Pour construire des séries de tolérances, chacune des plages de tailles est à son tour divisée en plusieurs intervalles. Puisqu'il n'est pas économiquement réalisable d'attribuer une tolérance pour chaque taille nominale pour toutes les tailles combinées en un seul intervalle, les valeurs de tolérance sont supposées être les mêmes. Dans les formules d'unités de tolérance des systèmes ISO et ESDP, la moyenne géométrique des dimensions extrêmes de chaque intervalle est remplacée comme dimensions.
Les tailles sont réparties sur les intervalles de sorte que les tolérances calculées à partir des valeurs extrêmes dans chaque intervalle ne diffèrent pas de plus de 5 à 8 % des tolérances calculées à partir de la valeur moyenne du diamètre dans le même intervalle.
La température normale à laquelle sont déterminées les tolérances et les écarts établis par les normes est supposée être de + 20 °C (GOST 9249-59). Cette température est proche de la température des locaux de travail des locaux industriels. L'étalonnage et la certification de toutes les mesures et instruments de mesure linéaires et angulaires, ainsi que les mesures précises, doivent être effectués à température normale, les écarts par rapport à celle-ci ne doivent pas dépasser les valeurs admissibles contenues dans GOST 8.050-73 (Système de mesure d'État ).
La température de la pièce et de l'instrument de mesure au moment du contrôle doit être la même, ce qui peut être obtenu en maintenant conjointement la pièce et l'instrument de mesure dans les mêmes conditions (par exemple sur une plaque en fonte). Si la température de l'air dans la salle de production, la partie contrôlée et l'instrument de mesure est stabilisée et égale à 20°C, il n'y a pas d'erreur de mesure de température pour une éventuelle différence des coefficients de température de dilatation linéaire. Ainsi, pour éliminer les erreurs de température, il est nécessaire de maintenir des conditions de température normales dans les locaux des laboratoires de mesure, des ateliers d'outillage, de mécanique et d'assemblage.
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Manganèse, silicium, aluminium, soufre et phosphore faire référence à impuretés permanentes. L'aluminium, ainsi que le manganèse et le silicium, sont utilisés comme désoxydants et sont donc toujours présents en petites quantités dans les aciers désoxydés. Les minerais de fer, ainsi que les combustibles et les fondants, contiennent toujours une certaine quantité de phosphore et de soufre, qui restent dans la fonte, puis passent dans acier.
Azote appelé caché impureté - elle pénètre dans l'acier principalement par l'air.
À aléatoire les impuretés comprennent cuivre, arsenic, étain, zinc, antimoine, plomb et d'autres éléments. Ils se retrouvent dans l'acier avec la charge - avec des minerais provenant de divers gisements, ainsi que de la ferraille.
Toutes les impuretés - permanentes, cachées et accidentelles - sont inévitables à des degrés divers en raison de la technologie de production d'acier. Ainsi, l'acier doux contient généralement ces impuretés dans les limites suivantes : 0,3 à 0,7 % de manganèse ; 0,2 à 0,4 % de silicium ; 0,01 à 0,02 % d'aluminium ; 0,01-0,05 % de phosphore, 0,01-0,04 % de soufre, 0,-0,2 % de cuivre. Dans ces quantités, ces éléments sont considérés comme des impuretés, et dans des quantités plus importantes, ajoutées intentionnellement à l'acier, ils sont déjà considérés comme des éléments d'alliage.
L'influence du phosphore sur les propriétés des aciers
Le phosphore (P) se sépare lors de la solidification de l'acier, mais dans une moindre mesure que le carbone et le soufre. Le phosphore se dissout dans la ferrite et augmente ainsi la résistance des aciers. À mesure que la teneur en phosphore des aciers augmente, leur ductilité et leur ténacité diminuent et leur tendance à la fragilité à froid augmente.
La solubilité du phosphore à haute température atteint 1,2 %. Avec une diminution de la température, la solubilité du phosphore dans le fer chute fortement à 0,02-0,03 %. Cette quantité de phosphore est typique des aciers, c'est-à-dire que tout le phosphore y est généralement dissous.
Le phosphore a une forte tendance à se séparer aux joints de grains, ce qui entraîne une fragilité dans les aciers alliés, en particulier dans les aciers au manganèse, au chrome, au magnésium-silicium, au chrome-nickel et au chrome-manganèse. Le phosphore augmente en outre le durcissement des aciers et, comme le silicium, ralentit la décomposition de la martensite dans les aciers.
Une teneur accrue en phosphore est souvent spécifiée dans les aciers faiblement alliés pour améliorer leur usinage, notamment l'usinage automatique.
Dans les aciers de construction faiblement alliés avec une teneur en carbone d'environ 0,1 %, le phosphore augmente la résistance et la résistance à la corrosion atmosphérique.
Dans les aciers austénitiques au chrome-nickel, les ajouts de phosphore contribuent à augmenter la limite d'élasticité. Dans les oxydants puissants, la présence de phosphore dans les aciers inoxydables austénitiques peut entraîner une corrosion aux limites des grains. Cela est dû au phénomène de ségrégation du phosphore.
L'influence du soufre sur les propriétés des aciers
Le soufre ne se dissout pas dans le fer, donc toute quantité forme du sulfure de fer FeS avec le fer. Ce sulfure fait partie de l'eutectique qui se forme à 988 °C.
Une teneur accrue en soufre dans les aciers conduit à leur fragilité rouge en raison des eutectiques sulfurés à bas point de fusion qui se forment le long des joints de grains. Phénomène rouge la fragilité se produit à une température de 800 °C, c'est-à-dire à une température rouge acier chaud.
Le soufre a un effet néfaste sur la ductilité, la ténacité, la soudabilité et la qualité de surface des aciers (en particulier dans les aciers à faible teneur en carbone et en manganèse).
Le soufre a une très forte tendance à se séparer aux joints de grains. Ceci conduit à une diminution de la ductilité des aciers à chaud. Or, 0,08 à 0,33 % de soufre est volontairement ajouté aux aciers destinés à l'usinage automatique. On sait que la présence de soufre augmente la résistance à la fatigue des aciers pour roulements.
La présence de manganèse dans l'acier réduit les effets nocifs du soufre. Dans l'acier liquide, la réaction de formation de sulfure de manganèse se produit. Ce sulfure fond à 1 620 °C, soit à des températures bien supérieures à la température de travail à chaud des aciers. Les sulfures de manganèse sont plastiques aux températures de traitement à chaud des aciers (800-1 200°C) et se déforment donc facilement.
L'influence de l'aluminium sur les propriétés des aciers
L'aluminium (Al) est largement utilisé pour la désoxydation de l'acier liquide, ainsi que pour le raffinage du grain des lingots d'acier. Parmi les effets néfastes de l’aluminium, citons le fait qu’il favorise la graphitisation des aciers. Bien que l’aluminium soit souvent considéré comme une impureté, il est également activement utilisé comme élément d’alliage. Étant donné que l'aluminium forme des nitrures solides avec l'azote, il constitue généralement un élément d'alliage dans les aciers nitrurés. L'aluminium augmente la résistance des aciers à l'entartrage et est donc ajouté aux aciers et alliages résistants à la chaleur. Dans les aciers inoxydables à durcissement par dispersion, l'aluminium est utilisé comme élément d'alliage qui accélère la réaction de précipitation par dispersion. L'aluminium augmente la résistance à la corrosion des aciers à faible teneur en carbone. De tous les éléments d'alliage, l'aluminium est le plus efficace pour contrôler la croissance des grains lors du chauffage des aciers à durcir.
L'influence de l'azote sur les propriétés des aciers
L'effet nocif de l'azote (N) est que les inclusions non métalliques assez grosses et cassantes qu'il forme - les nitrures - détériorent les propriétés de l'acier. Une propriété positive de l’azote est qu’il est capable d’étendre la région austénitique. L'azote stabilise et remplace partiellement le nickel dans les aciers austénitiques. Des éléments formant du nitrure, le vanadium, le niobium et le titane, sont ajoutés aux aciers faiblement alliés. Lorsqu'ils sont contrôlés par travail à chaud et refroidissement, ils forment de fins nitrures et carbonitrures, qui augmentent considérablement la résistance de l'acier.
L'influence du cuivre sur les propriétés des aciers
Le cuivre (Cu) a une tendance modérée à la ségrégation. Les effets nocifs du cuivre incluent une diminution de la fragilité à froid de l'acier. Avec une teneur accrue en cuivre, cela affecte négativement la qualité de la surface de l'acier lors du traitement à chaud. Cependant, avec une teneur supérieure à 0,20 %, le cuivre augmente sa résistance à la corrosion atmosphérique, ainsi que les propriétés de résistance des aciers alliés et faiblement alliés. Le cuivre en quantité supérieure à 1 % augmente la résistance des aciers inoxydables austénitiques aux acides sulfurique et chlorhydrique, ainsi que leur résistance à la corrosion sous contrainte.
L'influence de l'étain sur les propriétés des aciers
L'étain (Sn) est déjà nocif pour les aciers en quantités relativement faibles. Il a une très forte tendance à se ségréger jusqu'aux joints de grains et à provoquer une fragilité par revenu dans les aciers alliés. L'étain a un effet néfaste sur la qualité de surface des lingots coulés en continu et peut également réduire la ductilité à chaud des aciers dans la région austénitique-ferritique du diagramme de phases.
L'influence de l'antimoine sur les propriétés des aciers
L'antimoine (Sb) a une forte tendance à se ségréger lors de la solidification de l'acier et est donc préjudiciable à la qualité de surface des lingots d'acier coulés en continu. À l’état solide de l’acier, l’antimoine se sépare facilement jusqu’aux joints de grains et provoque une fragilité par revenu dans les aciers alliés.
Sources:
Traitement thermique de l'acier : métallurgie et technologies, éd. GE Totten, 2006.
Gulyaev A.P. Science des métaux, 1986.
Les aciers contiennent toujours des impuretés divisées en quatre groupes. 1. Impuretés permanentes: silicium, manganèse, soufre, phosphore.
Le manganèse et le silicium sont introduits lors du processus de fabrication de l'acier pour la désoxydation ; ce sont des impuretés technologiques.
La teneur en manganèse ne dépasse pas 0,5…0,8 %. Le manganèse augmente la résistance sans réduire la ductilité et réduit fortement la fragilité rouge de l'acier causée par l'influence du soufre. Il aide à réduire la teneur en sulfure de fer FeS, car il forme un composé sulfure de manganèse avec le soufre MNS. Les particules de sulfure de manganèse se présentent sous la forme d'inclusions séparées, qui sont déformées et semblent allongées dans le sens du roulement.
Etant situé à proximité des grains, il augmente la température de transition vers un état fragile, provoque une fragilité à froid, réduit le travail de propagation des fissures, augmente la teneur en phosphore pour chacun 0,01 % augmente le seuil de fragilité à froid de 20…25°C.
Le phosphore a tendance à se séparer, de sorte qu'au centre du lingot, certaines zones ont une viscosité fortement réduite.
Pour certains aciers, il est possible d'augmenter la teneur en phosphore jusqu'à 0,10…0,15 %, pour améliorer l'usinabilité.
S– la ductilité, la soudabilité et la résistance à la corrosion diminuent. P-déforme le réseau cristallin.
La teneur en soufre des aciers est 0,025…0,06 %. Le soufre est une impureté nocive qui pénètre dans l'acier à partir de la fonte. Lorsqu'il interagit avec le fer, il forme un composé chimique - le sulfure de soufre FeS, qui, à son tour, forme un eutectique à bas point de fusion avec le fer ayant un point de fusion 988°C. Lorsqu'il est chauffé pour le laminage ou le forgeage, l'eutectique fond et les liaisons entre les grains sont rompues. Lors de la déformation, des déchirures et des fissures se produisent aux emplacements de l'eutectique et la pièce est détruite - un phénomène fragilité rouge.
Fragilité rouge – fragilité accrue à haute température
Le soufre réduit les propriétés mécaniques, notamment la ténacité et la ductilité
(δ et ψ), ainsi que la limite d'endurance. Cela altère la soudabilité et la résistance à la corrosion.
2. Impuretés cachées- des gaz (azote, oxygène, hydrogène) - pénètrent dans l'acier lors de la fusion.
L'azote et l'oxygène se trouvent dans l'acier sous forme d'inclusions fragiles non métalliques : oxydes ( FeO, SiO 2, Al 2 O 3)nitrures ( Fe2N), sous forme de solution solide ou à l'état libre, localisés dans des défauts (cavités, fissures).
Impuretés interstitielles (azote N, l'oxygène À PROPOS) augmentent le seuil de fragilité à froid et réduisent la résistance à la rupture fragile. Les inclusions non métalliques (oxydes, nitrures), étant des concentrateurs de contraintes, peuvent réduire considérablement la limite d'endurance et la viscosité.
L’hydrogène dissous dans l’acier est très nocif car il fragilise considérablement l’acier. Cela conduit à la formation de floconné.
Floqué– de fines fissures de forme ovale ou ronde, ayant l'apparence de taches dans la fracture – des flocons argentés.
Le métal avec des flocons ne peut pas être utilisé dans l'industrie ; lors du soudage, des fissures à froid se forment dans le métal déposé et de base.
Si de l'hydrogène se trouve dans la couche superficielle, il est éliminé par chauffage à 150…180 , mieux sous vide ~10 -2 ... 10 -3 mm Hg. Art.
L'aspiration est utilisée pour éliminer les impuretés cachées.
3. Impuretés spéciales– sont spécialement introduits dans l’acier pour obtenir des propriétés spécifiées. Les impuretés sont appelées éléments d’alliage et les aciers sont appelés aciers alliés.
Acier travaillé à froid
Les fils et les feuilles minces sont largement utilisés dans les ménages. Ces types de produits sont fabriqués en métallurgie par laminage et étirage à froid. À la suite de ce traitement, le métal est renforcé grâce à un phénomène appelé durcissement à froid. En raison de la température ambiante, le durcissement n'est pas éliminé. Ce type de traitement est appelé durcissement à froid.
Le durcissement à froid de l'acier dépend fortement du degré d'écrouissage et de la teneur en carbone (Fig. 7).
Des valeurs records de σв ont été obtenues pour une compression allant jusqu'à 90 % dans de l'acier à 1,2 % C avec un fil ∅ de 0,1 mm.
Le durcissement est un processus inévitable de toute déformation plastique. Le durcissement (durcissement) s'accompagne d'une augmentation de la résistance et de la dureté et d'une diminution significative de la ductilité.
Par conséquent, après laminage ou étirage à froid, les tôles, les canaux et les tuyaux sont écrouis.
Le plus souvent, il s'agit d'un changement souhaité dans les propriétés. Parfois, ce n'est pas souhaitable. Par exemple, vous ne pouvez pas gaufrer une feuille de cuivre travaillée à froid - elle se briserait. Il est nécessaire d'éliminer le durcissement par traitement thermique (recuit).
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