ПОСОБИЕ 31.12.08.

6






































ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Белгородский государственный технологический университет
им. В.Г. Шухова






А. А. Стативко, Е. В. Шопина





МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Учебное пособие для студентов заочной формы обучения
с применением дистанционных технологий специальности
240400 – Организация и безопасность дорожного движения
















Белгород 2007
УДК 620.22 (075)
ББК 30.3я7
С 78


Стативко А.А., Шопина Е.В.
С 78
Материаловедение: Учеб. пособие / А. А. Стативко, Е. В. Шопина. – Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2007. – 170 с.




В пособии рассмотрены свойства металлов, современные методы испытаний, процессы пластической деформации и рекристаллизации. Описана диаграмма состояния Fe-Fe3C. Большое внимание уделено теории и технологии термической обработки. Рассмотрены вопросы термообработки типовых деталей в автопромышленности и основные классы сталей, цветные металлы и сплавы на их основе, а также резины.
Учебное пособие предназначено для студентов заочной формы обучения с применением дистанционных технологий специальности 240400 – Организация и безопасность дорожного движения.
















УДК 620.22 (075)
ББК 30.3я7

(Белгородский государственный
технологический университет
(БГТУ им В.Г. Шухова), 2007


С О Д Е Р Ж А Н ИЕ
13 TOC \o "1-3" \h \z \u 1413 LINK \l "_Toc218443378" 141. Общая характеристика материалов. 13 PAGEREF _Toc218443378 \h 1461515
13 LINK \l "_Toc218443379" 141.1. Физические свойства. 13 PAGEREF _Toc218443379 \h 1461515
13 LINK \l "_Toc218443380" 141.2. Механические свойства. 13 PAGEREF _Toc218443380 \h 1471515
13 LINK \l "_Toc218443381" 141.2.1. Механические свойства, определяемые при статических нагрузках. 13 PAGEREF _Toc218443381 \h 1481515
13 LINK \l "_Toc218443382" 141.2.2. Механические свойства, определяемые при динамических нагрузках 13 PAGEREF _Toc218443382 \h 14211515
13 LINK \l "_Toc218443383" 141.2.3. Механические свойства, определяемые при переменных (циклических) нагрузках. 13 PAGEREF _Toc218443383 \h 14241515
13 LINK \l "_Toc218443384" 141.3. Технологические свойства. 13 PAGEREF _Toc218443384 \h 14261515
13 LINK \l "_Toc218443385" 141.4. Качество материала. 13 PAGEREF _Toc218443385 \h 14281515
13 LINK \l "_Toc218443386" 141.5. Разрушение металлов. 13 PAGEREF _Toc218443386 \h 14301515
13 LINK \l "_Toc218443387" 142. Атомно-кристаллическое строение металлов. 13 PAGEREF _Toc218443387 \h 14321515
13 LINK \l "_Toc218443388" 142.1. Полиморфизм металлов. 13 PAGEREF _Toc218443388 \h 14331515
13 LINK \l "_Toc218443389" 143. Пластическая деформация металлов. 13 PAGEREF _Toc218443389 \h 14351515
13 LINK \l "_Toc218443390" 143.1. Свойства пластически деформированных металлов. 13 PAGEREF _Toc218443390 \h 14381515
13 LINK \l "_Toc218443391" 143.2. Влияние нагрева на структуру и свойства холоднодеформированных металлов. 13 PAGEREF _Toc218443391 \h 14391515
13 LINK \l "_Toc218443392" 144. Железо и сплавы на его основе. 13 PAGEREF _Toc218443392 \h 14431515
13 LINK \l "_Toc218443393" 144.1. Компоненты и фазы в системе железо – углерод. 13 PAGEREF _Toc218443393 \h 14431515
13 LINK \l "_Toc218443394" 144.2. Диаграммы состояния железо-углеродистых сплавов. 13 PAGEREF _Toc218443394 \h 14441515
13 LINK \l "_Toc218443395" 145. Основные понятия теории термической обработки. 13 PAGEREF _Toc218443395 \h 14551515
13 LINK \l "_Toc218443396" 145.1. Факторы, влияющие на термическую обработку. 13 PAGEREF _Toc218443396 \h 14551515
13 LINK \l "_Toc218443397" 145.2. Термическая обработка и диаграммы состояния. 13 PAGEREF _Toc218443397 \h 14551515
13 LINK \l "_Toc218443398" 145.3. Превращения в стали при нагреве. 13 PAGEREF _Toc218443398 \h 14561515
13 LINK \l "_Toc218443399" 145.4. Превращения в стали при охлаждении. 13 PAGEREF _Toc218443399 \h 14581515
13 LINK \l "_Toc218443400" 145.4.1.Превращение аустенита при непрерывном охлаждении. 13 PAGEREF _Toc218443400 \h 14641515
13 LINK \l "_Toc218443401" 145.5. Изменение структуры при отпуске. 13 PAGEREF _Toc218443401 \h 14661515
13 LINK \l "_Toc218443402" 145.5.1.Влияние легир. элементов на превращения при отпуске. 13 PAGEREF _Toc218443402 \h 14671515
13 LINK \l "_Toc218443403" 146. Технология термической обработки стали. 13 PAGEREF _Toc218443403 \h 14691515
13 LINK \l "_Toc218443404" 146.1. Время нагрева. 13 PAGEREF _Toc218443404 \h 14691515
13 LINK \l "_Toc218443405" 146.2. Химическое действие нагревающей среды. 13 PAGEREF _Toc218443405 \h 14711515
13 LINK \l "_Toc218443406" 146.3. Отжиг. 13 PAGEREF _Toc218443406 \h 14741515
13 LINK \l "_Toc218443407" 146.3.1.Отжиг I рода. 13 PAGEREF _Toc218443407 \h 14751515
13 LINK \l "_Toc218443408" 146.3.2. Отжиг II рода (фазовая перекристаллизация). 13 PAGEREF _Toc218443408 \h 14771515
13 LINK \l "_Toc218443409" 146.4. Нормализация. 13 PAGEREF _Toc218443409 \h 14811515
13 LINK \l "_Toc218443410" 146.5. Закалка. 13 PAGEREF _Toc218443410 \h 14821515
13 LINK \l "_Toc218443411" 146.5.1. Выбор температуры. 13 PAGEREF _Toc218443411 \h 14821515
13 LINK \l "_Toc218443412" 146.5.2. Охлаждающие среды. 13 PAGEREF _Toc218443412 \h 14841515
13 LINK \l "_Toc218443413" 146.5.3. Способы закалки. 13 PAGEREF _Toc218443413 \h 14851515

13 LINK \l "_Toc218443414" 146.5.4. Закаливаемость и прокаливаемость стали. 13 PAGEREF _Toc218443414 \h 14871515
13 LINK \l "_Toc218443415" 146.5.5. Обработка стали холодом. 13 PAGEREF _Toc218443415 \h 14891515
13 LINK \l "_Toc218443416" 146.6. Поверхностная закалка. 13 PAGEREF _Toc218443416 \h 14891515
13 LINK \l "_Toc218443417" 146.7. Отпуск. 13 PAGEREF _Toc218443417 \h 14931515
13 LINK \l "_Toc218443418" 146.8. Дефекты стали при термической обработке. 13 PAGEREF _Toc218443418 \h 14941515
13 LINK \l "_Toc218443419" 147. Химико-термическая обработка стали. 13 PAGEREF _Toc218443419 \h 14971515
13 LINK \l "_Toc218443420" 147.1. Цементация. 13 PAGEREF _Toc218443420 \h 14981515
13 LINK \l "_Toc218443421" 147.1.1. Термическая обработка стали после цементации и свойства цементованных сталей. 13 PAGEREF _Toc218443421 \h 141001515
13 LINK \l "_Toc218443422" 147.2. Азотирование стали. 13 PAGEREF _Toc218443422 \h 141011515
13 LINK \l "_Toc218443423" 147.3. Цианирование сталей. 13 PAGEREF _Toc218443423 \h 141021515
13 LINK \l "_Toc218443424" 147.4. Диффузионная металлизация. 13 PAGEREF _Toc218443424 \h 141031515
13 LINK \l "_Toc218443425" 148. Конструкционные стали. 13 PAGEREF _Toc218443425 \h 141041515
13 LINK \l "_Toc218443426" 148.1. Классификация конструкционных сталей. 13 PAGEREF _Toc218443426 \h 141041515
13 LINK \l "_Toc218443427" 148.2. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей. 13 PAGEREF _Toc218443427 \h 141061515
13 LINK \l "_Toc218443428" 148.3. Углеродистые стали. 13 PAGEREF _Toc218443428 \h 141081515
13 LINK \l "_Toc218443429" 148.3.1. Углеродистые стали обыкновенного качества. 13 PAGEREF _Toc218443429 \h 141081515
13 LINK \l "_Toc218443430" 148.3.2. Углеродистые качественные стали. 13 PAGEREF _Toc218443430 \h 141091515
13 LINK \l "_Toc218443431" 149. Структура и свойства чугунов. 13 PAGEREF _Toc218443431 \h 141101515
13 LINK \l "_Toc218443432" 149.1. Белые чугуны. 13 PAGEREF _Toc218443432 \h 141111515
13 LINK \l "_Toc218443433" 149.2. Серые чугуны. 13 PAGEREF _Toc218443433 \h 141121515
13 LINK \l "_Toc218443434" 149.3. Ковкие чугуны. 13 PAGEREF _Toc218443434 \h 141141515
13 LINK \l "_Toc218443435" 149.4. Высокопрочные чугуны. 13 PAGEREF _Toc218443435 \h 141161515
13 LINK \l "_Toc218443436" 149.5. Легированные чугуны. 13 PAGEREF _Toc218443436 \h 141171515
13 LINK \l "_Toc218443437" 1410. Легированные стали. 13 PAGEREF _Toc218443437 \h 141201515
13 LINK \l "_Toc218443438" 1410.1. Цементуемые легированные стали. 13 PAGEREF _Toc218443438 \h 141211515
13 LINK \l "_Toc218443439" 1410.2. Улучшаемые легированные стали. 13 PAGEREF _Toc218443439 \h 141221515
13 LINK \l "_Toc218443440" 1410.3.Стали с особыми свойствами (специальными). 13 PAGEREF _Toc218443440 \h 141231515
13 LINK \l "_Toc218443441" 1411. Инструментальные стали. 13 PAGEREF _Toc218443441 \h 141251515
13 LINK \l "_Toc218443442" 1411.1. Углеродистые инструментальные стали. 13 PAGEREF _Toc218443442 \h 141261515
13 LINK \l "_Toc218443443" 1411.2. Легированные инструментальные стали. 13 PAGEREF _Toc218443443 \h 141271515
13 LINK \l "_Toc218443444" 1411.3. Быстрорежущие стали. 13 PAGEREF _Toc218443444 \h 141271515
13 LINK \l "_Toc218443445" 1411.4. Штамповые стали. 13 PAGEREF _Toc218443445 \h 141301515
13 LINK \l "_Toc218443446" 1411.4.1. Стали для штампов холодного деформ-я. 13 PAGEREF _Toc218443446 \h 141301515
13 LINK \l "_Toc218443447" 1411.4.2. Стали для штампов горячего деформ-я. 13 PAGEREF _Toc218443447 \h 141321515
13 LINK \l "_Toc218443448" 1411.5. Твердые сплавы. 13 PAGEREF _Toc218443448 \h 141331515
13 LINK \l "_Toc218443449" 1412. Термическая обработка деталей машин. 13 PAGEREF _Toc218443449 \h 141351515
13 LINK \l "_Toc218443450" 1412.1. Коленчатые валы. 13 PAGEREF _Toc218443450 \h 141351515
13 LINK \l "_Toc218443451" 1412.2. Зубчатые колеса. 13 PAGEREF _Toc218443451 \h 141371515
13 LINK \l "_Toc218443452" 1412.3. Полуоси. 13 PAGEREF _Toc218443452 \h 141391515
13 LINK \l "_Toc218443453" 1412.4. Клапаны двигателей внутреннего сгорания. 13 PAGEREF _Toc218443453 \h 141411515

13 LINK \l "_Toc218443454" 1412.5. Пружины и рессоры. 13 PAGEREF _Toc218443454 \h 141421515
13 LINK \l "_Toc218443455" 1412.6. Детали подшипников. 13 PAGEREF _Toc218443455 \h 141451515
13 LINK \l "_Toc218443456" 1412.7. Металлические сплавы в ДВС 13 PAGEREF _Toc218443456 \h 141511515
13 LINK \l "_Toc218443457" 1412.8. Металлические сплавы в кузове и шасси 13 PAGEREF _Toc218443457 \h 141571515
13 LINK \l "_Toc218443458" 1413. Медь и ее сплавы. 13 PAGEREF _Toc218443458 \h 141631515
13 LINK \l "_Toc218443459" 1413.1. Общая характеристика и классификация медных сплавов 13 PAGEREF _Toc218443459 \h 141651515
13 LINK \l "_Toc218443460" 1413.2. Латуни. 13 PAGEREF _Toc218443460 \h 141651515
13 LINK \l "_Toc218443461" 1413.3. Бронзы. 13 PAGEREF _Toc218443461 \h 141691515
13 LINK \l "_Toc218443462" 1413.4. Антифрикционные сплавы. 13 PAGEREF _Toc218443462 \h 141731515
13 LINK \l "_Toc218443463" 1414. Алюминий и его сплавы. 13 PAGEREF _Toc218443463 \h 141761515
13 LINK \l "_Toc218443464" 1415. Фрикционные материалы. 13 PAGEREF _Toc218443464 \h 141811515
13 LINK \l "_Toc218443465" 1416. Общие сведения, состав и классификация резин. 13 PAGEREF _Toc218443465 \h 141841515
13 LINK \l "_Toc218443466" 1416.1. Состав и классификация резин. 13 PAGEREF _Toc218443466 \h 141851515
13 LINK \l "_Toc218443467" 1416.2.Влияние факторов эксплуат. на свойства резин. 13 PAGEREF _Toc218443467 \h 141901515
13 LINK \l "_Toc218443468" 14Список рекомендуемой литературы. 13 PAGEREF _Toc218443468 \h 141921515
15





















1. Общая характеристика материалов.
Основные свойства материалов.
Выбор материала для деталей машин, приборов зависит от его свойств и условий работы детали. Правильно выбранные материалы для деталей обеспечивают надежность и долговечность работы машины, и уменьшение их себестоимости. Для того чтобы судить о том, будет ли пригоден данный материал для изготовления конкретной детали или конструкции, необходимо знать, какими свойствами он обладает.
Все свойства материалов условно подразделяют на три группы: физические, механические и технологические.


1.1. Физические свойства.
Физические свойства присущи каждому материалу и проявляются при воздействии физических полей или сред. Все физические свойства материалов зависят от строения атомов.
Наиболее важными физическими свойствами, значения которых учитывают при практическом пользовании материалов, являются: плотность, тепловое расширение, тепловые и магнитные свойства, электропроводность, способность материала сопротивляться окислению (коррозии) при обычных и повышенных температурах, на воздухе, в газовых или жидких средах.
Плотность – количество вещества, содержащееся в единице объема. Плотность металлов несколько изменяется в зависимости от способа производства и характера обработки.
Уменьшение расхода конструкционных материалов и снижения массы металлоконструкций и машин является тенденцией современного машиностроения. Чем меньше плотность материалов, тем ниже динамические нагрузки на детали и меньше расход энергии на эксплуатацию машины.
При нагреве плотность материалов уменьшается из-за теплового расширения.
Тепловое расширение – изменение линейных размеров и объема при нагревании тел. Изменение длины образца при нагревании на 10С называется коэффициентом линейного расширения, а увеличение объема при нагревании на 1єС – коэффициентом объемного расширения.
Тепловые свойства: теплоемкость, удельная теплоемкость, температура плавления, теплопроводность.
Теплоемкость – это способность вещества поглощать теплоту при нагреве. Ее характеристикой является удельная теплоемкость – количество тепла, которое необходимо для повышения 1 г металла на 10С. Металлы по сравнению с другими веществами обладают меньшей теплоемкостью, поэтому их нагревание не вызывает затрат больших количеств тепла.
Температура плавления – температура перехода металла при нагревании в жидкое состояние. Чистые металлы плавятся при одной, постоянной для каждого металла, температуре, а температура плавления сплавов зависит от химического состава.
Теплопроводность – способность тел передавать тепло от более нагретых участков тела к менее нагретым. Металлы обладают высокой теплопроводностью. Однако, чем больше примесей содержит металл, тем меньше теплопроводность. Стекло и полимерные материалы имеют низкую теплопроводность.
Особые магнитные свойства железа, никеля, кобальта и их сплавов, а также ферритов выделили их в группы материалов исключительной ценности – ферромагнетики.
Электропроводность – способность проводить электрический ток. В технике пользуются характеристикой обратной проводимости – удельным электросопротивлением, под которым понимают сопротивление проводника длиной 1 м и сечением 1 мм2.


1.2. Механические свойства.
Механические свойства – это характеристики материала, определяющие его поведение под действием приложенных внешних механических сил.
Важнейшие механические свойства металлов следующие:
Прочность – способность металла оказывать сопротивление действию внешних сил, не разрушаясь. Отношение прочности к плотности называют удельной прочностью. Сопротивление металла действию многократно повторяющегося нагружения носит название усталостной прочности.
Упругость – свойство металла восстанавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызывающих изменение формы (деформацию).
Пластичность – свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять измененную форму после прекращения действия сил. Пластичность – свойство обратное упругости.
Вязкость – способность металла оказывать сопротивление ударным нагрузкам (внешним силам). Вязкость – свойство, обратное хрупкости.
Твердость – способность металла оказывать сопротивление местной пластической деформации при контактном воздействии.

Износостойкость – сопротивление металлов изнашиванию вследствие процессов трения. Износ определяется по изменению размеров или массы деталей.
Механические свойства металлов определяют испытаниями специальных образцов.
Испытания механических свойств проводят при различных нагрузках – статических, динамических и циклических. Статические нагрузки медленно возрастают от нуля до максимальной величины; динамические возрастают быстро, за доли секунд; циклические нагрузки характеризуются многократным изменением по направлению или по величине. В соответствии с характером действующих нагрузок различают статические, динамические и усталостные испытания.
К статическим испытаниям обычно относят испытание на растяжение, сжатие, изгиб и на твердость; к динамическим – испытание на удар; циклическим способом проводят различные испытания металла на усталость.
По длительности приложения нагрузки механические испытания делятся на кратковременные и длительные. В большинстве случаев проводят кратковременные испытания длительностью несколько минут. Длительные испытания проводят, как правило, для определения механических свойств металлов, которым предстоит работать в особо ответственных конструкциях и сложных условиях в течение длительного периода времени.
В зависимости от температуры, различают испытания при пониженной (ниже 0єС), обычной (20єС) и повышенной (выше 20єС) температурах. Температуру испытания выбирают в зависимости от рабочей температуры изделий.


1.2.1. Механические свойства, определяемые при статических нагрузках.
Испытание на растяжение.
Испытания на растяжение проводят на специальных круглых образцах, а для листового материала на плоских образцах (рис. 1), в соответствии с ГОСТ 1497-84.
Расчетная длина круглого образца l0 обычно берется равной десяти или пяти диаметрам. Диаметр рабочей части нормального круглого образца равняется 20 мм. Образцы других размеров называют пропорциональными.




Рис. 1. Образцы для испытаний на разрыв: а – круглый; б – плоский.
Образцы из разных материалов разрушаются в результате испытаний различно.
В процессе испытаний на растяжение на разрывных машинах записывается диаграмма в координатах нагрузка (Р, МПа) – удлинение (
·l, мм) образца (диаграмма растяжения).
Такая диаграмма вычерчивается автоматическим устройством, при постепенном увеличении растягивающего усилия вплоть до разрыва испытываемого образца. Диаграммы растяжения будут иметь вид, показанный на рис. 2.

Рис 2. Типы кривых растяжения:
а – образец равномерно деформировался вплоть до разрушения;
б – образец разрушился после образования шейки.

При растяжении образец удлиняется, а его поперечное сечение непрерывно уменьшается.
Усилие, приходящееся на 1 мм2 поперечного сечения образца, называется напряжением и обозначается
·.

Напряжение в любой момент испытания можно определить делением отмечаемого силоизмерителем усилия Р на первоначальную площадь поперечного сечения образца F0, мм2.
Напряжение, при котором без заметного увеличения нагрузки образец продолжает деформироваться, называется физическим пределом текучести. Пределу текучести на кривой растяжения соответствует нагрузка PТ (рис. 2, б). Определяется предел текучести по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415, МПа.
Так как для ряда материалов на кривых растяжения нет площадки текучести (рис. 2, а), то в этом случае определяется условный предел текучести
·0,2 – напряжение, при котором образец получает остаточное удлинение, равное 0,2% первоначальной длины l0 образца.
Условный предел текучести определяется по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415, МПа.
Предел текучести является обязательной характеристикой металла по ГОСТу.
Предел прочности при растяжении (временное сопротивление)
·в – напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Рmax, предшествующей разрушению образца, отнесенное к начальной площади F0 его поперечного сечения до испытания:
13 EMBED Equation.3 1415, МПа.
При испытании металлов на растяжение определяют также величины, характеризующие пластичность – относительное удлинение и относительное сужение.
Относительное удлинение
· – это отношение приращения длины образца
·l0 к первоначальной его длине l0:
13 EMBED Equation.3 1415, %,
где lk – длина образца после разрыва.
Относительное сужение
· – это отношение уменьшения площади поперечного сечения разорванного образца к его первоначальной площади поперечного сечения:
13 EMBED Equation.3 1415, %,
где Fk – площадь поперечного сечения образца в месте разрыва.

Изменение размеров образцов в результате растяжения показано на рис. 3.
Характеристики материалов
·в;
·0,2;
·;
· являются базовыми; они включаются в ГОСТ на поставку конструкционных материалов, в сертификаты, в паспорта приемочных испытаний, входят в расчеты прочности.



Рис. 3. Образцы стали:
а - до растяжения, б - после разрыва

К окончанию испытания площадь поперечного сечения образца заметно уменьшается, особенно в месте шейки, поэтому отношение 13 EMBED Equation.3 1415 считают условным. Более точную зависимость между напряжением и деформацией определяют по истинному напряжению и истинному сопротивлению разрыву.
Истинное напряжение S представляет собой отношение действующей в определенный момент нагрузки к площади поперечного сечения образца в тот же момент.
Истинное сопротивление разрыву Sk определяют делением нагрузки в момент разрушения образца на площадь его поперечного сечения в месте шейки:
13 EMBED Equation.3 1415, МПа.
Для пластичных металлов Sk всегда больше
·в, а для хрупких, разрушающихся без пластической деформации, Sk и
·в практически одинаковы. Хрупкие металлы (например, чугун), испытывают, кроме того, на сжатие и изгиб.

Испытания на изгиб.
Испытания на изгиб проводят согласно ГОСТа 14019-80. Обычно испытания проводят сосредоточенной нагрузкой на образец, лежащий на двух опорах (рис. 4).


Предел прочности при изгибе
·изг подсчитывают по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415,
где Mmax – максимальный изгибающий момент (Mmax = Pl/4);
W – момент сопротивления сечения (для прямоугольного образца W = bh2/6, для круглого сечения W =
·d3/32, где b, h, d – ширина, высота, диаметр образца).


Рис. 4. Схема испытаний на изгиб


Измерение твердости металлов.
Методы измерения твердости металлов. Одним из широко распространенных видов испытания металлов является определение твердости. Твердость металла можно определять прямыми и косвенными методами.
Прямые методы испытания на твердость состоят в том, что в образец вдавливают специальный твердый наконечник (из закаленной стали, алмаза или твердого сплава) различной формы (шарик, конус, пирамиду). После снятия нагрузки остается отпечаток, величина которого характеризует твердость образца.
При косвенных методах оцениваются свойства металла, пропорциональные его твердости.
Испытания на твердость могут быть статическими и динамическими. К первому виду относятся испытания методом вдавливания, ко второму методом ударного вдавливания.
В зависимости от характера и способа приложения нагрузки твердость косвенно характеризует различные механические свойства металлов. Если наконечник вдавливается в образец, то твердость характеризует сопротивление пластической деформации. Если наконечник царапает об-

разец, то твердость характеризует сопротивление разрушению. Твердость, определенная по отскоку наконечника, характеризует упругие свойства металла образца.
По значению твердости металла можно составить представление об уровне его свойств. Например, чем выше твердость, определенная вдавливанием наконечника, тем меньше пластичность металла, и наоборот.
Метод измерения твердости имеет ряд преимуществ перед другими методами механических испытаний металла: простота техники и быстрота испытаний, простота формы и небольшие размеры образцов, возможность проводить испытание непосредственно на изделии без его разрушения.
Твердость определяют на специальных приборах твердомерах.
Твердомеры бывают стационарные и переносные. Принципиальное устройство твердомеров для всех методов испытаний на твердость одинаково.
Основными узлами твердомеров являются станина, рабочий столик, наконечник (узел, состоящий из оправки и индентора), нагружающее устройство, прибор для измерения величины деформации.
Общая схема испытания такова: деталь или образец помещают на рабочем столике, с помощью нагружающего устройства в образец вдавливают индентор и после снятия нагрузки определяют твердость.
В зависимости от цели испытания, свойств испытуемого металла, размеров образца выбирают форму, размер и материал индентора, величину и длительность приложения нагрузки.
Наиболее часто проводят определение твердости следующими методами: измерение твердости по Бринеллю по ГОСТ 9012 - 59; измерение твердости по Роквеллу по ГОСТ 9013 - 54; измерение твердости по Виккерсу по ГОСТ 2999 - 75; изменение твердости методом ударного отпечатка по ГОСТ 18661 - 73; измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников по ГОСТ 9450 - 76.
Существуют общие требования к подготовке образцов и проведению испытаний:
Изготовление образцов и подготовка поверхности должны осуществляться способами, исключающими изменения свойств металла из-за нагрева или наклепа.
Поверхность образца должна быть чистой, без окислых пленок, следов ржавления или окалины, трещин и прочих дефектов.
Образцы должны быть определенной толщины. После нанесения отпечатка на обратной стороне образца не должно быть следов деформации.
Образец должен лежать на столике жестко и устойчиво. В процессе испытания образец не должен смещаться или прогибаться.
Прилагаемая нагрузка должна действовать перпендикулярно к поверхности образца.
Нагрузка должна прилагаться и возрастать плавно до заданного значения, а далее поддерживаться постоянной в течение определенного времени.
Измерение твердости по Бринеллю. При определении твердости методом Бринелля в испытуемый образец или изделие вдавливается в течение определенного времени металлический шарик (рис. 5). После снятия нагрузки на поверхности образца остается сферический отпечаток. Величина отпечатка зависит от твердости металла: чем тверже металл, тем меньше будет величина отпечатка. Число твердости по Бринеллю обозначается НВ.











Рис. 5. Схема расположения отпечатка при определении твердости методом Бринелля

Чтобы определить число твердости НВ (МПа или кгс/мм2), надо величину приложенной нагрузки Р разделить на площадь отпечатка F:
13 EMBED Equation.3 1415,
где D диаметр шарика, м (или мм);
d диаметр отпечатка, м (или мм);
Р нагрузка на шарик, МПа (или кгс).
Чтобы не производить каждый раз вычисления, при определении числа твердости пользуются специально cоставленной таблицей (приложение к ГОСТ 9012- 59). Зная нагрузку, диаметры шарика и отпечатка, по этой таблице можно определить число твердости НВ.
Для испытания применяют шарики из закаленной стали или твердого сплава диаметром 2,5; 5,0 и 10 мм. Диаметр шарика выбирают в зависимости от толщины испытуемого образца и его твердости: чем тоньше и тверже образец, тем меньше должен быть диаметр шарика. Обычно испытание проводят на специально подготовленной горизонтальной площадке образца.
Толщина испытуемого образца должна быть не меньше десятикратной глубины отпечатка. Глубину отпечатка определяют пробным испытанием или, если известен уровень твердости, по формуле
13 EMBED Equation.3 1415,
где h глубина отпечатка;
D диаметр шарика;
Р нагрузка на шарик;
НВ число твердости.
Между временным сопротивлением и числом твердости HB существует следующая зависимость:
- для стали
·в = 0,34 HB;
- для медных сплавов
·в = 0,45 HB;
- для алюминиевых сплавов
·в = 0,35 HB.
Расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 2,5d, а между центрами двух соседних отпечатков не менее 4d. Диаметр отпечатка d измеряют при помощи лупы или отсчетного микроскопа (рис. 6) в двух взаимно перпендикулярных направлениях и определяют среднее арифметическое из двух определений.
В зависимости от твердости металла нагрузка на шарик может изменяться от 15,6 до 3000 кгс. Чтобы результаты испытаний были сопоставимы при любом диаметре взятого шарика, между нагрузкой и диаметром шарика должно выдерживаться соотношение: P = 2,5D2, Р = 10D2, P = = 30D2.
Длительность приложения нагрузки должна быть достаточной для прохождения деформации и возрастать с уменьшением твердости испытуемого металла от 10 до 30 и 60 с.
При выборе диаметра шарика D, нагрузки Р, продолжительности выдержки под нагрузкой t и минимальной толщины образца руководствуются табл. 1.
Запись результатов испытания проводится следующим образом. Если испытание проводится шариком диаметром D = 10 мм под нагрузкой Р = 3000 кгс с выдержкой D = 10 с, то записывается число твердости с cимвoлoм НВ. Например, твердость стали 350 НВ. Если условия испытания иные, то это показывается соответствующими индексами. Например, число твердости 230 и испытание проводилось шариком диаметром D = 5,0 мм при нагрузке 750 кгс с выдержкой под нагрузкой 10 с. В этом случае результаты записываются так: НВ 5/750/10/230.



Рис. 6. Измерение диаметра отпечатка по шкале лупы
Таблица 1
Выбор параметров испытания при определении твердости
методом Бринелля
Материал
Интервал твердости в числах Бринелля
Минимальная толщина испытуемого образца, мм
Соотношение между нагрузкой Р и диаметром шарика
Диаметр шарика D, мм
Нагрузка Р, кгс
Выдержка под нагрузкой, с

Черные металлы
140-150
От 6 до 3
От 4 до 2
<2
P = 30D2
10,0
5,0
2,5
3000
750
187,5
10


<140
>6
От 6 до 3
<3
P = 10D2
10,0
5,0
2,5
1000
250
62,5
10

Цветные металлы
>130
От 6 до 3
От 4 до 2
>2
P = 30D2
10,0
5,0
2,5
3000
750
187,5
30


35-130
От 6 до 3
От 6 до 3
<2
P = 10D2
10,0
5,0
2,5
1000
250
62,5
30


8-35
>6
От 6 до 3
<3
P = 2,5D2
10,0
5,0
2,5
250
62,5
15,6
60


Измерение твердости по Роквеллу. При измерении твердости этим методом алмазный конус или стальной шарик вдавливается в испытуемый образец под действием общей нагрузки Р. Причем сначала прилагается предварительная нагрузка Р0, а затем основная P1, т. е. Р = Р0 + P1. Твердость определяют по глубине отпечатка (рис. 7). За единицу твердости по Роквеллу принята условная величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм. В зависимости от твердости испытуемого образца испытание проводят вдавливанием алмазного конуса или шарика при различной величине основной и общей нагрузки. При испытании твердость можно измерять по трем шкалам: А, В и С (табл. 2).
Поверхность для испытания может быть плоской и криволинейной. Радиус кривизны поверхности должен быть не менее 15 мм. Минимальная толщина образца должна быть не меньше восьмикратной глубины внедрения индентора после снятия основной нагрузки P1.
При измерении твердости расстояние между центрами двух соседних отпечатков или расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 3,0 мм. На каждом образце проводят не менее трех измерений.



Рис. 7. Схема испытания на твердость по методу Роквелла

Таблица 2
Выбор параметров при определении твердости методом Роквелла
Шкала
Число твердости
Индентор
Нагрузка, кгс
Пределы измерения в единицах твердости по Роквеллу, HR




P0
P1
P


B
C
A
HRB
HRC
HRA
Стальной шарик
Алмазный конус
- // -
10
10
10
90
140
50
100
150
60
25-100
20-67
70-85


Измерение твердости по Виккерсу. При измерении твердости по этому методу в образец вдавливается алмазный наконечник, имеющий форму правильной четырехгранной пирамиды. Нагрузка Р действует в течение определенного времени.
Величина нагрузки может быть следующей: 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 20,0; 30,0; 50,0; 100,0 кгс. Чем больше нагрузка, тем более точным получается результат.
Продолжительность выдержки образца под нагрузкой составляет обычно 1015 с.
Поверхность испытуемого образца должна быть хорошо подготовлена шероховатость ее не должна превышать 0,16 мкм. Минимальная толщина стального образца должна быть больше диагонали отпечатка в 1,2 раза, а образцов из цветных металлов в 1,5 раза. Радиус кривизны поверхности должен быть не менее 5 мм.
Отпечатки ставят так, чтобы расстояние между центром отпечатка и краем образца или краем соседнего отпечатка было не менее 2,5 длины диагонали отпечатка (рис. 8).

Рис. 8. Схема расположения отпечатка при определении твердости методом
Виккерса

Погрешность при измерении диагоналей должна быть не более ±0,001 мм при длине диагонали до 0,2 мм, а при большей длине не более 0,5%.
Твердость по Виккерсу (HV) вычисляют по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415,
где Р нагрузка, кгс;

· угол между противоположными гранями пирамиды при вершине, равный 136°;
d среднее арифметическое значение длин обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм.
Если испытания проводятся в стандартных условиях, то, чтобы не проводить вычисления, пользуются таблицей (приложение к ГОСТ 2999-75), в которой приведена твердость в зависимости от длины диагонали отпечатка при различной нагрузке.
При записи результатов испытаний в обычных условиях твердость по Виккерсу обозначается символом HV. Обычными условиями испытания считаются нагрузка 300 Н (30 кгс) и время выдержки 1015 с. В этом случае твердость записывается, например, HV 300. Если условия испытания другие, то это указывается индексами, причем сначала указывается величина нагрузки, потом время выдержки. Например, запись HV 20/40 250 значит, что при нагрузке 200 Н (20 кгс) и времени выдержки 40 с твердость по Виккерсу 250.

Определение микротвердости.
Применение метода. Этим методом определяют твердость отдельных фаз и структурных составляющих, твердость внутри отдельных зерен, тонкого поверхностного слоя (после химико-термической обработки) и тонких листов и фольги.
Испытание проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 9450-76.
При определении микротвердости в испытываемый образец под действием нагрузки Р вдавливается алмазный наконечник, имеющий форму пирамиды.
При испытании величина нагрузки может находиться в пределах 0,055 Н (0,0050,5 кгс).


















Рис. 9. Схема расположения отпечатка при измерении микротвердости

После снятия нагрузки на поверхности остается отпечаток в виде пирамиды с квадратным основанием (рис. 9). Для определения числа твердости Н (кгс/мм2) нагрузку Р делят на условную площадь боковой поверхности отпечатка:
13 EMBED Equation.3 1415,
где Р нагрузка на пирамиду;

· угол между боковыми гранями пирамиды, равный 136°;
d диагональ отпечатка.
Чтобы не проводить вычисления, пользуются таблицами (приложение к ГОСТ 945076), в которых приведены значения микротвердости в зависимости от прилагаемой нагрузки и длины диагонали отпечатка (чем больше длина диагонали, тем меньше твердость металла).
Число микротвердости записывается так: Н с обозначением величины нагрузки и полученного результата.
Например, Н10180; это значит, что определение проводилось при нагрузке Р = 10 гс (0,1 Н) и микротвердость металла составляет 180 кгс/мм2.
Микротвердость определяют на плоской полированной чистой поверхности. При приготовлении образца особое внимание обращают на то, чтобы не произошло наклепа или нагрева поверхности, что может привести к искажению величины микротвердости.
При выборе нагрузки руководствуются величиной площади участка, твердость которого измеряется, и толщиной образца (или слоя). Минимальная толщина образца должна быть больше диагонали отпечатка в 1,5 раза. Расстояние от центра отпечатка до края образца или края соседнего отпечатка должно быть не меньше 2d.
Твердость НВ для многих материалов связана с пределом прочности
·в эмпирическими формулами: для катаной и кованой стали
·в = 0,36·НВ; для литой стали
·в = (0,3-0,4)·НВ; для серого чугуна
·в = 0,1·НВ.


1.2.2. Механические свойства, определяемые при динамических нагрузках
При эксплуатации многие детали машин испытывают динамические (ударные) нагрузки. Чтобы определить поведение металла при ударе, проводят ударные испытания. Эти испытания классифицируют по виду деформации (на ударный разрыв, ударное сжатие, ударный изгиб), по числу ударов (испытания однократным ударом и многократными ударами), по температурным условиям (при нормальной, повышенной и пониженной температурах).

Наиболее распространенным видом испытания является испытание на ударный изгиб. Испытание заключался в том, что образец определенного размера с надрезом доводится до разрушения ударом.
Маятник 1 массой G поднимается на высоту Н1 (угол
·) и опускается (рис. 10), на пути падения маятника устанавливают образец 2. Падая, маятник его разбивает и поднимается на высоту Н2 (угол
·). Высота Н2 меньше Н1, так как часть энергии маятника ушла на разрушение образца. Работа АН, затраченная на разрушение образца, будет равна
13 EMBED Equation.3 1415.
Ударная вязкость КС (МДж/м2 или кгс*м/см2) образца отношение работы АН, затраченной на разрушение стандартного образца, к площади его поперечного сечения в месте надреза F:
13 EMBED Equation.3 1415.












Рис. 10. Схема испытания на ударный изгиб

Для определения ударной вязкости применяют надрезанные посередине длины образцы различных типов (рис. 11).
Испытания проводят в соответствии с ГОСТ 9454-78 на образцах с концентраторами напряжений трех видов: U с радиусом R = 1 мм, V с радиусом R = 0,25 мм и Т – усталостная трещина (рис. 11). В зависимости от формы надреза ударная вязкость обозначается KCU, KCV или KCT.

Поскольку наиболее распространены испытания на удар образцов с U-образным надрезом, в справочниках чаще всего проводится обозначение ударной вязкости KCU, МДж/м2.
При испытании нестандартных образцов устанавливают переводные коэффициенты, необходимые для сравнения с ударной вязкостью стандартных образцов.
При понижении температуры у многих сплавов резко падает ударная вязкость вследствие изменения характера разрушения с вязкого на хрупкий. Установить порог хладноломкости позволяет серия испытаний образцов на удар при разных температурах (рис. 12).
Порог хладноломкости обозначается ТХР или T50 (температура, при которой в изломе 50 % волокнистой (вязкой) составляющей).
Порог хладноломкости должен быть ниже, чем температура, при которой будет работать машина. Эта разница
·Т = ТЭ – Т50 (ТЭ температура эксплуатации) называется температурным запасом вязкости; чем больше эта величина, тем надежнее материал. Недостаток ударных испытаний они не используются для прочностных расчетов, а позволяют только получать сравнительные оценки поведения различных материалов при ударных нагрузках.


Рис. 11. Образцы для испытаний на удар:
а – U-образный надрез;
б – V-образный надрез;
в – образец с трещиной





Рис. 12. Зависимость ударной вязкости от температуры:
t50 – середина интервала, температура, при которой в изломе 50% волокнистой (вязкой) составляющей; 1 – вязкий излом; 2 – смешанный излом; 3 – хрупкий излом

Ударная вязкость КС характеризует степень надежности материала его способности сопротивляться распространению имеющихся дефектов и трещин.


1.2.3. Механические свойства, определяемые при переменных (циклических) нагрузках.
В процессе эксплуатации многие детали машин испытывают нагрузки, изменяющиеся по величине или одновременно по величине и направлению (знаку). Таким знакопеременным вибрационным нагрузкам подвергаются, например, локомотивные и вагонные рессоры, оси, валы, шатуны, зубчатые колеса. Под действием знакопеременных нагрузок металл как бы устает, прочность его понижается и деталь разрушается. Процессы постепенного накопления повреждений в материале под действием циклических нагрузок, приводящие к изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению, называют усталостью, а свойство противостоять усталости – выносливостью (ГОСТ 23207-78), а образовавшиеся изломы – усталостными.
Усталостный излом (рис. 13) обычно имеет очаг возникновения (зарождения) трещины (концентратор) напряжений 1, зону развития усталостной трещины 2 (зону усталости) и зону хрупкого долома зернистого строения 3, образующуюся в момент окончательного разрушения.
Очаг разрушения примыкает к поверхности и имеет небольшие размеры и гладкую поверхность. Зону усталости формирует последовательное развитие трещины усталости. В этой зоне видны характерные бороздки, которые имеют конфигурацию колец, что свидетельствует о

скачкообразном продвижении трещины усталости. Зона усталости развивается до тех пор, пока в уменьшающемся рабочем сечении напряжения возрастут настолько, что вызовут его мгновенное разрушение. Эту последнюю стадию разрушения характеризует зона долома.













Рис. 13. Излом усталостного разрушения: 1 – очаг зарождения трещины, 2 – зона усталости, 3 - зона долома (схема)

Очагами возникновения трещин часто являются пороки металла, острые выступы и углы, следы грубой обработки резцом, риски, подрезы, вмятины на поверхности. В таких местах концентрируются напряжения, ускоряющие возникновение трещин усталости.
Под действием знакопеременных нагрузок усталостные трещины постепенно развиваются, что приводят к разрушениям деталей, а в ряде случаев и к авариям.
О способности материала работать в условиях циклического нагружения судят по результатам испытаний образцов на усталость (ГОСТ 25.502-79), один из типов которых показан на рис. 14.

Рис. 14. Образец для испытаний на усталость по схеме нагружения изгиб с вращением

Эти испытания проводят на специальных машинах, создающих в образцах многократное нагружение (растяжение, сжатие, изгиб, кручение). Образцы (не менее 15 шт.) испытывают последовательно на разных уровнях напряжений, определяя число циклов до разрушения.
По результатам испытаний серии образцов строят кривую усталости (кривую Веллера), на которой по оси абсцисс откладывают число циклов, а по оси ординат – напряжение. Часто диаграммы строят в полулогарифмических координатах (рис. 15).
Перегиб на диаграмме характеризует значение предела выносливости (
·-1). Предел выносливости – максимальное напряжение цикла, при котором еще не происходит усталостного разрушения образца после заданного (базового) числа циклов нагружения.


Рис. 15. Кривая усталости

1.3. Технологические свойства.
Технологические испытания металлов имеют очень большое практическое значение, так как правильно выбрать метод изготовления и обработки детали можно только в том случае, если знать его технологические свойства. Среди технологических свойств главное место занимает технологичность материала – его пригодность для изготовления деталей машин, приборов и инструментов требуемого качества при минимальных затратах. Она оценивается обрабатываемостью резанием, давлением, свариваемостью, способностью к литью, а также прокаливаемостью, склонностью к деформации и короблению при термической обработке. Технологичность материала имеет важное значение, так как от нее зависят производительность и качество изготовления деталей. Кроме того, неправильно выбранный способ изготовления и обработки деталей значительно их удорожает. Материалы с низкими технологическими свойствами находят в автомобилестроении ограниченное применение. Чтобы выявить эти свойства, применяются технологические испытания на выдавливание, перегиб, осадку и др. Например, листовая сталь марки 08кп (0,08% С), из которой изготовляют кабину и двери автомобиля, проходит испытание на выдавливание.
В зависимости от способа производства заготовок и деталей определяющими являются следующие свойства.
Литейные свойства способность жидких материалов заполнять литейные формы и образовывать плотные отливки. Эти свойства характеризуются жидкотекучестыо материала, его усадкой и ликвацией.
Жидкотекучесть способность материалов заполнять полости литейной формы и точно воспроизводить очертания этой формы. Жидкотекучесть определяется в соответствии с ГОСТ 1643870 по спиральной пробе. Материал заливается в форму, имеющую вид спирального прутка, и жидкотекучесть оценивается длиной в сантиметрах части канала, залитого сплавом.
Усадка свойство материалов уменьшаться в линейных размерах и в объеме при охлаждении от температуры заливки до комнатной. С усадкой связано появление в отливках усадочных раковин, пористости, рыхлости, коробления, трещин. Усадка определяется по ГОСТ 1681771.
Ликвация это неоднородность химического состава сплава, возникающая при кристаллизации. Различают зональную, внутрикристаллическую (дендритную) ликвацию и ликвацию по плотности. Зональная ликвация в отливках возникает из-за разности температур затвердевания отдельных составляющих и разной плотности этих составляющих сплавов. В чугуне и стали ликвируют сера, фосфор, углерод, располагаясь в верхней и центральной частях отливок. В сплавах, затвердевающих с мелкозернистой структурой, зональная ликвация уменьшается. Внутрикристаллическая ликвация образуется при ускоренном охлаждении отливок, она может быть уменьшена технической обработкой (отжигом) отливки. Ликвация по плотности возникает в сплавах, содержащих тяжелые металлы (например, в свинцовых бронзах); такая ликвация предотвращается перемешиванием сплава перед заливкой и ускоренным охлаждением при кристаллизации.
Деформируемость (ковкость, штампуемость). Деформируемость способность материалов к значительным пластическим деформациям без разрушения и образования пороков.
Деформируемость проверяется технологическими пробами. Технологические пробы проводятся в соответствии с ГОСТ 881782 на осадку в горячем состоянии; ГОСТ 1070278 на осадку в холодном состоянии; ГОСТ 157980, 1381368 на перегиб; ГОСТ 1044780 на навивку проволоки и др.
Свариваемость способность материалов образовывать сварное соединение, свойства которого близки к свойствам свариваемых материалов.

Контроль свариваемости проводят по ГОСТ 2387079, 324279, 699666, 1358568.
Обрабатываемость резанием. Обрабатываемость резанием характеризуется качеством обработки (шероховатостью обработанной поверхности и точностью размеров), стойкостью инструмента, сопротивлением резанию, видом стружкообразования. Практически обрабатываемость стали резанием определяют сравнительными испытаниями, путем обтачивания образцов испытуемой стали и стали 45 с определенными прочностными характеристиками (
·в = 650 МПа, НВ 170180), принимаемой за эталон.
Закаливаемость способность стали повышать твердость в результате термической обработки (закалки).
Прокаливаемость способность стали получать при термической обработке (закалке) закаленный слой с определенной структурой на ту или иную глубину. Испытания на прокаливаемость проводят в соответствии с ГОСТ 565769.


1.4. Качество материала.
Качество материала это совокупность свойств (физических, механических, технологических) материала, обусловливающих его пригодность удовлетворять определенным потребностям в соответствии с назначением.
Эксплуатационная надежность и долговечность машин зависят от свойств их деталей и сборочных единиц, которые в свою очередь в значительной степени определяются конструктивной прочностью материалов.
Конструктивная прочность это совокупность характеристик, обусловливающих работоспособность материала в конкретных условиях эксплуатации.
Поведение материала в машине (конструкции) зависит не только от его свойств, но и от рабочей среды, условий нагружения и т.д.
Под конструктивной прочностью не следует понимать прочность конструкции. Прочность конструкции (машины) в целом это конструкционная прочность. Она определяется при стендовых, эксплуатационных испытаниях. На нее влияют дефекты конструирования, изготовления, а также величина и распределение остаточных напряжений и другие факторы.
Таким образом, качество материала или его конструктивная прочность, это комплексное понятие, учитывающее прочность, пластичность, надежность и долговечность материала.
Прочность и пластичность материала способность материала сопротивляться деформации и разрушению при приложении нагрузки,

Надежность материала способность материала работать кратковременно вне расчетной ситуации, сопротивляться развитию трещины (сопротивление движению вязкой трещины и хрупкому разрушению).
Долговечность материала время, в течение которого материал способен эксплуатироваться.
Прочность материала определяют параметры:
предел прочности при растяжении
·в, МПа;
предел текучести
·0,2, МПа.
Пластичность материала определяют параметры:
относительное удлинение
·, %;
относительное сужение
·, %.
Жесткость материала определяет модуль упругости Е, МПа.
Надежность материала определяют параметры:
ударная вязкость KCU, МДж/м:;
порог хладноломкости (характеризует сопротивление хрупкому разрушению) Т50, °С;
сопротивление материала распространению трещины, или вязкость разрушения (важнейшая характеристика высокопрочных материалов) К1с, МПам1/2;
живучесть NЖ.
Долговечность материала характеризуют:
предел выносливости (сопротивление усталости)
·-1, МПа;
интенсивность изнашивания, а также сопротивление коррозии и ползучести (ползучесть свойство материала медленно и непрерывно пластически деформироваться при постоянном напряжении, которое может быть даже ниже предела текучести) Ih.
Нет материала, хорошего во всех отношениях, да такой материал и не нужен. Если детали работают на износ (например, щеки дробилок, зубья ковшей экскаваторов), то для их изготовления не нужен материал, обладающий высокой упругостью, высокой жаростойкостью, а для рессор и пружин, наоборот, требуется материал с высоким пределом упругости и т.д.
Как получить требуемые свойства материала? Для этого надо знать, отчего они зависят. Замечательный русский горный инженер Павел Петрович Аносов (17991839) впервые установил, что свойства материала связаны с его строением. Русский ученый Дмитрий Константинович Чернов (18391921), «отец металлографии», заложил научные основы материаловедения.

Последующие работы Н.С. Курнакова и других выдающихся российских ученых А.Ф. Иоффе, Н.Н. Давыденкова, Г.В. Курдюмова, А.А, Бочвара, К.П. Бунина, С.С. Штейнберга, а также А. Котрелла, Э. Бейка (США), Г. Таммана, А. Мартенса (Германия) и многих других показали связь свойств материалов с их составом и строением и позволили установить закономерности этой взаимосвязи.


1.5. Разрушение металлов.
Процесс разрушения состоит из двух стадий зарождения трещины и ее распространения через все сечение образца (детали).
Разрушение может быть вязким и хрупким. Вязкое разрушение происходит со значительной пластической деформацией; при хрупком разрушении пластическая деформация мала. Возникновение микротрещин независимо oт характера разрушения связано с образованием скоплений дислокаций перед каким-либо препятствием или в результате взаимодействия дефектов кристаллической решетки.
Вязкое и хрупкое разрушения различаются между собой по величине пластической зоны в вершине трещины. При хрупком разрушении величина пластической зоны в устье трещины мала. При вязком разрушении величина пластической зоны, идущей впереди распространяющейся трещины, велика.
Вязкое разрушение обусловлено малой скоростью распространения трещины. Скорость распространения хрупкой трещины весьма велика близка к скорости звука. Поэтому нередко хрупкое разрушение называют «внезапным» или «катастрофическим» разрушением.
Большинство металлических материалов, используемых в практике, может разрушаться и вязко и хрупко. Так, например, многие высокопрочные стали, алюминиевые и титановые сплавы, которые при одноосном растяжении не являются хрупкими, могут разрушаться хрупко, то есть без макропластической деформации, при других условиях испытания.
К типично хрупким материалам, которые разрушаются без заметной макропластической деформации даже при самом «мягком» виде нагружения, относятся чугуны, многие литые сплавы, высокоуглеродистые закаленные и низкоотпущенные стали, низкоуглеродистые стали в случае разрушения при отрицательных температурах, стекло, керамика и т. д. С точки зрения микроструктуры существуют два вида разрушения транскристаллитное и интеркристаллитное. При транскристаллитном разрушении трещина распространяется по телу зерна, а при интеркристаллитном она проходит по границам зерен.


При распространении трещины по телу зерна (металлы с К8 и Г12 решеткой) может происходить как вязкое, так и хрупкое разрушение. Межзеренное разрушение всегда является хрупким.
По внешнему виду излома (визуальное наблюдение) можно судить о характере разрушения. Волокнистый излом свидетельствует о вязком разрушении, кристаллический излом является результатом хрупкого разрушения.
Вопросы для повторения раздела.
1. Укажите физические и механические свойства материалов.
2. Какие характеристики определяют при испытании на растяжение?
3. Назовите методы измерения твердости металлов.
4. Как связано число твердости HB с временным сопротивлением
·в?
5. Каким способ надо измерять твердость листовой мягкой стали толщиной 2 мм?
6. Для чего и как производятся динамические и циклические испытания?
7. Дайте понятия о технологических свойствах материалов.
8. Что такое конструктивная прочность?

























2. Атомно-кристаллическое строение металлов.
Все тела в зависимости от расположения атомов делятся на аморфные и кристаллические. В отличие от аморфных тел, атомы в которых расположены хаотично, металлы в твердом состоянии являются телами кристаллическими. Кристаллическое строение характеризуется закономерным расположением атомов.
Атомы металлов образуют кристаллическую решетку или ячейку. Каждый металл имеет определенный тип кристаллической решетки, чаще всего встречаются три типа решеток: кубическая объемноцентрированная – ОЦК (рис. 16, а), кубическая гранецентрированная – ГЦК (рис. 16, б) и гексагональная – ГПУ (рис. 16, в).
В кубической объемноцентрированной решетке атомы расположены в узлах ячейки и один атом в центре куба. Такие решетки имеют металлы: Fe
·, Сг, W, Mo, Ti
·, Nb, Та, Li n др.
В кубической гранецентрированной решетке атомы расположены в узлах ячейки и в центре каждой грани. Этот тип решетки имеют металлы: Fe
·, Ni, Ag, Au, Pb, Сu, Со
· и др.


Рис. 16. Типы кристаллических решеток:
а – кубическая объемноцентрированная;
б – кубическая гранецентрированная;
в – гексагональная.

В гексагональной решетке атомы расположены в узлах и центре шестигранных оснований призмы и три атома в средней плоскости призмы. Такую решетку имеют металлы: Zn, Cd, Be, Re, Co
·, Ti
· и др. Индексы
·,
·,
· обозначают, что у соответствующих металлов различные кристаллические решетки при различных температурах.
Типы кристаллических ячеек определяются при помощи рентгеноструктурного анализа.
Расстояния между центрами соседних атомов в кристаллической решетке называется периодом (а, b, с). Расстояния между атомами измеряются в ангстремах - 13 EMBED Equation.3 1415, 113 EMBED Equation.3 1415= 110-8 см.
Базис кристаллической решетки - это число атомов, принадлежащих одной элементарной кристаллической ячейке; для ОЦК базис равен 2, для ГЦК – 4, ГПУ – 6.
Плотность упаковки – это отношение объема занимаемого атомами к объему всей ячейки. Плотность упаковки для ОЦК составляет 68%, для ГЦК и ГПУ – 74%. Плотность упаковки характеризуется координационным числом, т. е. числом атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома. Координационное число для ОЦК – 8, для ГЦК и ГПУ – 12.


2.1. Полиморфизм металлов.
Полиморфизмом или аллотропией называют способность металла в твердом состоянии при изменении температуры перестраивать свою кристаллическую решетку. Полиморфные превращения сопровождаются выделением или поглощением теплоты, а также изменением свойств металла. Различные аллотропические состояния называют модификациями. Каждой модификации свойственно оставаться устойчивой лишь в пределах определенного для данного металла интервала температур. Аллотропические формы обозначаются греческими буквами
·,
·,
· и т. д. На кривых охлаждения и нагрева переход из одного состояния в другое характеризуется остановкой (для чистых металлов) или изменением характера кривой (для сплавов). При аллотропических превращениях кроме изменения свойств (теплопроводности, электропроводности, механических, магнитных и др.) наблюдают изменения объема металла и растворимости (например, углерода в железе). Аллотропические превращения свойственны многим металлам (железу, олову, титану и др.).
Железо известно в двух полиморфных модификациях
· и
·. На рис. 17 приведена кривая охлаждения, характеризующая его аллотропические превращения. Как видно, в интервале температур 911...1392 °С железо имеет кубическую гранецентрированную решетку
·-железа (
·Fe), а в интервале от 0 до 911 °С и от 1392 до 1539 °С объемноцентрированную решетку
·-железа (
·Fe). Железо меняет свои магнитные свойства: выше 768 °С железо немагнитно, а ниже магнитно.


Рис. 17. График полиморфных превращений железа

Вопросы для повторения раздела.
1. Назовите основные типы кристаллических решеток.
2. Чему равны базис и координационное число для решеток ОЦК, ГЦК и ГПУ?
3. Опишите явление полиморфизма металлов.







3. Пластическая деформация металлов.
Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием приложенных сил. Деформация делится на упругую и пластическую.
Упругая деформация. Упругой деформацией называют деформацию, влияние которой на форму, структуру и свойства тела полностью устраняется после прекращения действия внешних сил. Упругая деформация не вызывает заметных остаточных изменений в структуре и свойствах металла; под действием приложенной нагрузки происходит только незначительное относительное и полностью обратимое смещение атомов.
Пластическая деформация. При возрастании касательных напряжений выше определенной величины (предел или порог упругости) деформация становится необратимой. При снятии нагрузки устраняется лишь упругая составляющая деформации. Часть же деформации, которую называют пластической, остается.
Пластическая деформация в кристаллах может осуществляться скольжением и двойникованием. Скольжение (смещение) отдельных частей кристалла относительно друг друга происходит под действием касательных напряжений, когда эти напряжения в плоскости и в направлении скольжения достигают определенной критической величины (
·к).
Схема упругой и пластической деформаций металла с кубической структурой, подвергнутого действию касательных напряжений, показана на рис. 18. Эта схема дает наглядное представление о смещении атомов в соседних плоскостях при сдвиге на одно межатомное расстояние.
Скольжение в кристаллической решетке протекает по плоскостям, и направлениям с наиболее плотной упаковкой атомов где величина сопротивлению сдвигу (
·к) наименьшая, а сама величина
· значительна. Это объясняется тем, что расстояние между соседними атомными плоскостями наибольшее, т. е. связь между ними наименьшая.
Чем больше в металле возможных плоскостей и направлений скольжения, тем выше его способность к пластической деформации. Металлы, имеющие кубическую кристаллическую решетку, обладают высокой пластичностью, так как скольжение в них происходит во многих направлениях. Металлы с гексагональной плотноупакованной структурой менее пластичны и поэтому труднее, чем металлы с кубической структурой, поддаются прокатке, штамповке и другим способам деформации.
Процесс скольжения не следует, однако, представлять как одновременное передвижение одной части кристалла относительно другой. Такой жесткий или синхронный сдвиг потребовал бы напряжений, в сотни или даже тысячи раз превышающих те, при которых в действительности протекает процесс деформации.

Рис. 18. Схема упругой и пластической деформации металла под действием напряжения сдвига:
а – первоначальный кристалл; б – упругая деформация; в – увеличение упругой и пластической деформации, вызванных скольжением, при нагружении, большем предела упругости; г – напряжения, обусловившие появление сдвига (после сдвига сохранилась остаточная деформация); д – образование двойника.


Рис. 19. Движение краевой дислокации, приводящее к образованию ступеньки единичного сдвига на поверхности кристалла:
а – схема движения дислокации; б – краевая дислокация в кристаллической структуре; в – дислокация переместилась на дно; г – на два межатомных расстояния в решетке под влиянием приложенного напряжения; д – выход дислокации на поверхность и появление сдвига.

Скольжение осуществляется в результате перемещения в кристалле дислокаций, что показано на рис. 19. Чтобы дислокация из исходного положения 1 переместилась в соседнее положение 14, не нужно сдвигать всю верхнюю половину кристалла на одно межатомное расстояние. Достаточно, чтобы произошли следующие перемещения атомов: атом 1 в положение атома 2, атом 3 в 4, атом 5 в 6, атом 7 в 8, атом 9 в 10, атом 11 в 12, атом 13 в 14, атом 15 в 16 и атом 17 в 18. Также смещаются атомы не только в плоскости чертежа, но и во всех атомных слоях, параллельных этой плоскости.
Незначительные перемещения атомов в области дислокации приводят к перемещению дислокаций на одно межатомное расстояние.
Следует иметь в виду, что перемещение дислокаций, образовавшихся в процессе кристаллизации, ограничено. Большие деформации возможны только вследствие того, что движение этих дислокаций вызывает появление или размножение большого количества новых дислокаций в процессе пластической деформации.
Двойникование. Пластическая деформация некоторых металлов, имеющих плотноупакованные решетки К12 и Г12, помимо скольжения, может осуществляться двойникованием, которое сводится к переориентировке части кристалла в положение, симметричное по отношению к первой части относительно плоскости, называемой плоскостью двойникования. Двойникование подобно скольжению сопровождается прохождением дислокаций сквозь кристалл.
При большой деформации в результате процессов скольжения зерна (кристаллиты) меняют свою форму. До деформации зерно имело округлую форму, после деформации в результате смещений по плоскостям скольжения зерна вытягиваются в направлении действующих сил
·, образуя волокнистую или слоистую структуру. Одновременно с изменением формы зерна внутри него происходит дробление блоков и увеличение угла разориентировки между ними.
Текстура деформации. При большой степени деформации возникает преимущественная кристаллографическая ориентировка зерен. Закономерная ориентировка кристаллитов относительно внешних деформирующих сил получила название текстуры (текстура деформации).
Наклеп. С увеличением степени деформации свойства, характеризующие сопротивление деформации (
·в,
·т, НВ и др.), повышаются, а способность к пластической деформации пластичность (
· и
·) уменьшается. Это явление роста упрочнения получило название наклепа. Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Все дефекты кристаллического строения затрудняют движение дислокаций, а следовательно, повышают сопротивление деформации и уменьшают пластичность. Наибольшее значение имеет, увеличение плотности дислокаций, так как возникающее при этом взаимодействие между ними тормозит дальнейшее их перемещение. В результате деформации уменьшается плотность, сопротивление коррозии и повышается электросопротивление. Холодная деформация ферромагнитных металлов, например железа, повышает коэрцитивную силу и уменьшает магнитную проницаемость.


3.1. Свойства пластически деформированных металлов.
В результате холодного пластического деформирования металл упрочняется и изменяются его физические свойства электросопротивление, магнитные свойства, плотность. Наклепанный металл запасает 510% энергии, затраченной на деформирование. Запасенная энергия тратится на образование дефектов решетки (например, плотность дислокаций возрастает до 1091012 см-2) и на упругие искажения решетки. Свойства наклепанного металла меняются тем сильнее, чем больше степень деформации (рис. 20).
При деформировании увеличиваются прочностные характеристики (твердость;
·в;
·0,2;
·упр) и понижаются пластичность и вязкость (
·;
·;ан). Металлы интенсивно наклепываются в начальной стадии деформирования, после 40%-ной деформации механические свойства меняются незначительно. С увеличением степени деформации предел текучести растет быстрее предела прочности (временного сопротивления). Обе характеристики у сильно наклепанных металлов сравниваются, а удлинение становится равным нулю. Такое состояние наклепанного металла является предельным, при попытке продолжить деформирование металл разрушается. Путем наклепа твердость и временное сопротивление (предел прочности) удается повысить в 1,53 раза, а предел текучести в 37 раз при максимально возможных деформациях. Металлы с ГЦК-решеткой упрочняются сильнее металлов с ОЦК-решеткой. Среди сплавов с ГЦК-решеткой сильнее упрочняются те, у которых энергия дефектов упаковки минимальна (например, интенсивно наклепываются аустенитная сталь; алюминиевая бронза с 7% А1; никель; а алюминий упрочняется незначительно).
Упрочнение при наклепе широко используют для повышения механических свойств деталей, изготовленных методами холодной обработки давлением. В частности, наклеп поверхностного слоя деталей повышает

сопротивление усталости. Понижение пластичности при наклепе используют для улучшения обрабатываемости резанием вязких и пластичных материалов (сплавов алюминия, латуней и др.).


3.2. Влияние нагрева на структуру и свойства холоднодеформированных металлов.
Неравновесная структура, созданная холодной деформацией у большинства металлов устойчива при комнатной температуре. Переход металла в более стабильное состояние происходит при нагреве. Процессы, происходящие при нагреве подразделяют на две основные стадии: возврат и рекристаллизацию; обе стадии сопровождаются выделением теплоты и уменьшением свободной энергии. Возврат происходит при относительно низких температурах, рекристаллизация при более высоких.
Возвратом называют все изменения тонкой структуры и свойств, которые не сопровождаются изменением микроструктуры деформированного металла, т. е. размер и форма кристаллов при возврате не изменяются.
Рекристаллизацией называют зарождение и рост новых кристаллов с меньшим количеством дефектов строения; в результате рекристаллизации образуются совершенно новые, чаще всего, равноосные кристаллы.
Возврат. Стадию возврата, в свою очередь, разделяют на две возможные стадии: отдых и полигонизацию. Отдых при нагреве деформированных металлов происходит всегда, а полигонизация развивается лишь при определенных условиях.
Отдыхом холоднодеформированного металла называют стадию возврата, при которой вследствие перемещения атомов уменьшается количество точечных дефектов, в основном вакансий; в ряде металлов, таких как алюминий и железо, отдых включает также переползание дислокаций, которое сопровождается взаимодействием дислокаций разных знаков и приводит к заметному уменьшению их плотности. Перераспределение дислокаций сопровождается также уменьшением остаточных напряжений. Отдых вызывает значительное уменьшение удельного электросопротивления и повышение плотности металла. Если при отдыхе уменьшается плотность дислокаций, то наблюдается уменьшение твердости и прочности металла (алюминий, железо); если плотность дислокаций при отдыхе не меняется, то отдых не сопровождается изменением механических свойств (медь, латунь, никель).
Полигонизация это процесс разделения деформированных зерен металла на полигоны области с малой плотностью дислокаций. Эти области называются блоками. Процесс полигонизации протекает в интервале температур отдых рекристаллизация и заканчивается созданием блочной структуры.
Полигонизация приводит к дальнейшему снятию упругих искажений кристаллической решетки и более полному восстановлению физических свойств металла. Механические свойства его при этом изменяются незначительно. Текстура сохраняется, хотя и становится блочной.
Вслед за возвратом протекает рекристаллизация, заключающаяся в зарождении и росте новых неискаженных равноосных зерен (рис. 21).
При первичной рекристаллизации в деформированной среде зарождаются и растут равноосные зерна до тех пор, пока полностью не исчезнет текстура, созданная деформацией. Зародышами зерен являются отдельные энергетически выгодные блоки (центры рекристаллизации). После исчезновения текстуры металл приобретает равновесную мелкозернистую структуру.
Суммарная протяженность границ мелких зерен велика. Граничные зоны зерен представляют собой тонкие (в несколько атомных слоев) сильно искаженные области, так как здесь сопрягаются кристаллические решетки различно ориентированных стыкующихся зерен, сюда стекаются точечные дефекты и дислокации. Поэтому граничные зоны зерен и характеризуются высокими значениями энергии (поверхностной энергии), которая уменьшается за счет округления зерен и дальнейшего их роста путем фронтального перемещения граничных зон растущих зерен и поглощения мелких. Атомы из мелких зерен диффундируют через границу в растущие зерна, отчего первые постепенно исчезают, а вторые разрастаются. В результате число зерен структуры металла уменьшается, а их размеры увеличиваются. Рост одних равноосных зерен за счет исчезновения других представляет собой собирательную рекристаллизацию.
Температура начала рекристаллизации зависит от многих факторов и прежде всего от степени деформации материала и содержания примесей в нем. Определено, что
Трекр =
·Тпл,
где Трекр абсолютная минимальная температура рекристаллизации;
· коэффициент, учитывающий вышеперечисленные факторы; Тпл абсолютная температура плавления данного вещества.
Минимальная температура рекристаллизации железа и других металлов технической чистоты определяется по формуле А. А. Бочвара:
Tpeкp= (0,3...0,4)Тпл.
Термическая операция, заключающаяся в нагреве деформированного (текстурованного) материала до температуры выше Трекр, выдержке и последующем медленном охлаждении (в печи), называется рекристаллизационным отжигом.


Рис. 21. Влияние нагрева на механические свойства и структуру металла, упрочненного деформацией.

Практически температура рекристаллизационного отжига выбирается выше расчетной (обычно на 200...300°С), так как чем выше температура нагрева, тем быстрее протекает рекристаллизация, характеризующаяся, в частности, уменьшением твердости металла. Для железа и низкоуглеродистой стали температура рекристаллизационного отжига принимается равной 650...700°С.


Для того чтобы в металле при нагреве протекала рекристаллизация, необходима его хотя бы минимальная предварительная холодная обработка (критическая степень деформации
·кр для железа равна 5...6 %, для малоуглеродистой стали 7...15, для меди около 5, для алюминия 2...3 %). При рекристаллизации после деформирования материала с
·кр зерно растет в нем особенно сильно и может увеличиться по сравнению с исходным во много раз. Выбирая степень деформации и температуру рекристаллизационного отжига, можно получить в металле зерно нужного размера. Рекристаллизационный отжиг широко используют для управления формой и размерами зерен, текстурой и свойствами металлов и сплавов.
Создание текстуры и наклеп возможны только в случае холодного деформирования металла. Обработка давлением называется холодной, если она совершается при температурах ниже температуры рекристаллизации, горячей при температурах выше температуры рекристаллизации.
При горячей обработке давлением одновременно с пластической деформацией металла протекает рекристаллизация, которая продолжается и после деформации до тех пор, пока температура металла не станет ниже Трекр. При этом в металлах не возникает текстура и они не наклепываются. Такая обработка широко используется при производстве горячекатаного стального полуфабриката различного профиля.
Вопросы для самопроверки.
1. Что происходит в металле при упругой деформации?
2. Как протекает пластическая деформация?
3. Что такое текстура деформации?
4. Объясните упрочнение металла при пластическом деформировании.
5. Опишите свойства пластически деформированных металлов.
6. Как влияет нагрев на структуру и свойства наклепанных металлов?
7. Объясните сущность процесса рекристаллизации.
8. Какова технология рекристаллизационного отжига?
9. В чем разница между горячей и холодной обработкой металлов давлением?







4. Железо и сплавы на его основе.
4.1. Компоненты и фазы в системе железо – углерод.
Железо – металл сероватого цвета. Атомный номер 26, атомная масса 55,85, атомный радиус 0, 127 нм. Температура плавления железа 1539
·С. Железо имеет две полиморфные модификации
· и
·. Модификация
·-железа существует при температурах ниже 910
·С и выше 1392
·С (рис. 17). В интервале температур 1392-1539
·С
·-железо нередко обозначают как
·-железо.
Углерод является неметаллическим элементом II периода IV группы периодической системы, атомный номер 6, плотность 2,5 г/см3, температура плавления 3500
·С, атомный радиус 0,077нм. Углерод полиморфен. В обычных условиях он находится в виде модификации графита, но может существовать и в виде метастабильной модификации алмаза.
Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, а также может быть в виде химического соединения – цементита, а в высокоуглеродистых сплавах и в виде графита.
В системе Fe-C различают следующие фазы: жидкий сплав (Ж), твердые растворы – феррит и аустенит, а также цементит и графит.
Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в
·-железе, имеющий объемноцентрированную кубическую решетку (ОЦК). Различают низкотемпературный
·-феррит с растворимостью углерода до 0,02% и высокотемпературный
·-феррит с предельной растворимостью углерода 0,1%. Феррит имеет следующие механические свойства:
·в = 250 МПа,
·т = 120 МПа,
· = 50%,
· = 80%, НВ 800.
Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в
·-железе, имеющий гранецентрированную кубическую решетку (ГЦК). Предельная растворимость углерода в
·-железе – 2,14%. Он имеет твердость НВ 1600-2000;
· = 4050%.
Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe3C), содержит 6,67% С, имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов. Температура плавления цементита точно не определена в связи с возможностью его распада и принимается равной 15500С. Цементит магнитен и характеризуется высокой твердостью НВ 8000.
Графит представляет собой свободный углерод. Кристаллическая решетка графита гексагональная. Он мягок, электропроводен, химически стоек, малопрочен.





4.2. Диаграммы состояния железо-углеродистых сплавов.
Существует две диаграммы железоуглеродистых сплавов: железо-цементит и железо-графит. Эта двойственность обусловлена тем, что в зависимости от внешних условий в равновесии с жидким раствором и твердыми растворами железа могут находиться как цементит (карбид железа Fe3C), так и графит.
Цементит является неустойчивым химическим соединением, которое в случае длительного пребывания при достаточно высоких температурах диссоциирует с выделением графита. Неустойчивость цементита возрастает с повышением содержания углерода в сплавах. В сталях цементит отличается высокой устойчивостью; графит в них может появляться лишь в результате длительного пребывания (тысячи часов) при температурах 5000-7000С. В чугунах графит часто образуется уже при медленном охлаждении или при нагревах и относительно кратковременных выдержках при повышенной температуре.
.


Рис. 22. Фазовый анализ диаграммы состояния железо-цементит (а); верхний левый угол диаграммы (б)

Однако диаграмму состояний железоуглеродистых сплавов изображают двумя системами линий: сплошными, отражающими состояние равновесия в присутствии в сплавах цементита, и пунктирными – графита.
Наибольшее практическое значение имеет метастабильная диаграмма состояний Fe-Fe3C, т. к. появление графита в чугунах объясняется протеканием вторичной реакции графитизации: цементит железо + графит, а в сталях графит встречается чрезвычайно редко
Диаграмма состояний Fe-Fe3C представлена на рис. 22.
На диаграмме Fe-Fe3C точка А (15390С) отвечает температуре плавления железа, а точка D (~15500С) – температуре плавления цементита. Точки N (13920С) и G (9100С) соответствуют полиморфному превращению
·
·.
Концентрация углерода (по массе) для характерных точек диаграммы состояния Fe-Fe3C следующая: В – 0,51% С в жидкой фазе, находящейся в равновесии с
·-ферритом и аустенитом при перитектической температуре 14990С; Н – 0,1% С предельное содержание в
·-феррите при 14990С; J – 0,16% С – в аустените при перитектической температуре 14990С; Е – 2,14% С предельное содержание в аустените при эвтектической температуре 11470С; S – 0,8% С – в аустените при эвтектоидной температуре 7270С; Р – 0,02% С – предельное содержание в феррите при эвтектоидной температуре 7270С.
Кристаллизация сплавов Fe-Fe3C. Линии диаграмм состояния Fe-Fe3C, определяющие процесс кристаллизации, имеют следующие обозначения и физический смысл: АВ – линия ликвидус, показывает температуру начала кристаллизации
·-феррита (Ф) из жидкого сплава (Ж); ВС – линия ликвидус, соответствует температуре начала кристаллизации аустенита (А) из жидкого сплава (Ж); CD – линия ликвидус, соответствует температуре начала кристаллизации первичного цементита (ЦI) из жидкого сплава (Ж); АН – линия солидус, является температурной границей области жидкого сплава (Ж) и кристаллов
·-феррита (Ф); ниже этой линии существует только
·-феррит; HJB – линия перитектического превращения (14990С), на ней происходит перитектическая реакция:
13 EMBED Equation.3 1415
(жидкость состава т. В взаимодействует с кристаллами
·-феррита состава т. Н с образованием аустенита состава т. J). Линия ECF – линия солидус, соответствует кристаллизации эвтектики – ледебурита.
Ледебурит – эвтектика, представляющая собой механическую смесь кристаллов аустенита и цементита, полученную в процессе их одновременной кристаллизации из жидкого сплава, состоящая на момент образования из аустенита состава т. Е и цементита:


13 EMBED Equation.3 1415
Рассмотрим кристаллизацию некоторых сплавов, содержащих различное количество углерода. В сплавах, содержащих 0,1-0,16% С, по достижении температур, отвечающих линии АВ из жидкой фазы начинают выделяться кристаллы
·-феррита и сплав становится двухфазным Ж +
·Ф. Состав
·Ф при понижении температуры меняется по линии солидус, а состав Ф – по линии ликвидус. При температуре 14990С в равновесии находятся
·Ф состава точки Н (0,1% С) и Ж состава точки В (0,51% С). При этой температуре протекает перитектическое превращение:
13 EMBED Equation.3 1415,
в результате которого образуется двухфазная структура
·Ф и А состава точки J (0,16% С).
В сплаве, содержащем 0,16% С, кристаллы твердого раствора
·Ф в результате взаимодействия с жидкой фазой при перитектической реакции полностью превращается в А:
13 EMBED Equation.3 1415.
В сплавах, содержащих от 0,16 до 0,51% С, при перитектической температуре в результате взаимодействия между
·Ф и Ж образуется А, но часть жидкой фазы остается неизрасходованной:
13 EMBED Equation.3 1415.
Процесс кристаллизации закончится по достижении температур, соответствующих линии солидус JE. После затвердевания сплавы приобретают однофазную структуру – аустенит.
Сплавы, содержащие от 0,51 до 2,14% С, кристаллизируются в интервале температур, ограниченном линиями ВС и JE. Ниже линии ВС сплавы состоят из жидкой фазы и аустенита. В процессе кристаллизации состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидус, а аустенита по линии солидус.
При температуре 11470С аустенит достигает предельной концентрации, соответствующей т. Е (2,14% С), а оставшаяся жидкость – эвтектического состава т. С (4,3% С).
При температуре эвтектики (линия ECF) существует нонвариантное (С = 0) равновесие аустенита состава т. Е (АЕ), цементита (Fe3C) и жидкой фазы состава т. С (4,3% С). В результате кристаллизации жидкого сплава состава т. С (4,3% С) образуется эвтектика – ледебурит, состоящая в момент образования из аустенита состава т. Е и цементита:
13 EMBED Equation.3 1415



Доэвтектические сплавы после затвердевания имеют структуру аустенит + ледебурит (А + Fe3C). Эвтектический сплав (4,3% С) затвердеет при постоянной температуре с образованием только эвтектики – ледебурита.
Заэвтектические сплавы (4,3-6,67% С) начинают затвердевать с понижением температуры до линии ликвидус CD, когда в жидкой фазе зарождаются и растут кристаллы цементита. Концентрация углерода в жидком сплаве с понижением температуры уменьшается по линии ликвидус. При температуре 11470С жидкость достигает эвтектической концентрации 4,3% С (т. С) и затвердевает с образованием ледебурита. После затвердевания заэвтектические сплавы состоят из первичного цементита и ледебурита.
Сплавы, содержащие до 2,14% С, называют сталью, а более 2,14% С – чугуном. Стали после затвердевания не содержат хрупкой составляющей – ледебурита – и при высоком нагреве имеют только аустеничную структуру, обладающую высокой пластичностью. Поэтому стали легко деформируются при нормальных и повышенных температурах, т. е. являются в отличие от чугуна ковкими сплавами.
По сравнению со сталью чугуны обладают значительно лучшими литейными свойствами, что объясняется присутствием в структуре чугуна легкоплавкой эвтектики.
Фазовые и структурные изменения в сплавах Fe-Fe3C после затвердевания связаны с полиморфизмом железа и изменением углерода в аустените и феррите с понижением температуры. Превращения, протекающие в твердом состоянии, описываются следующими линиями: NH – начало полиморфного превращения
·-феррита в аустенит; NJ – окончание полиморфного превращения
·-феррита в аустенит; GS – начало полиморфного превращения аустенита в феррит; GP – при охлаждении соответствует окончанию превращения аустенита в феррит; SE – линия предельной растворимости углерода в аустените, при охлаждении соответствует температурам начала выделения из аустенита вторичного цементита. Линия эвтектоидного превращения PSK при охлаждении соответствует распаду аустенита (0,8% С) с образованием эвтектоида – феррито-цементитной структуры, получившей название перлит
13 EMBED Equation.3 1415
Изменение растворимости углерода в феррите в зависимости от температуры соответствует линии PQ. При охлаждении эта линии соответствует температурам начала выделения третичного цементита, а при нагреве – полному его растворению.
Сплавы, содержащие
· 0,02% С (точка Р), называют техническим железом. Эти сплавы испытывают при охлаждении и при нагреве полиморфное превращение
·
· между линиями GOS и GP.
Ниже GP существует только феррит. При дальнейшем медленном охлаждении по достижении температур, соответствующих линии PQ, из феррита выделяется цементит третичный, который резко снижает пластичность феррита.
Стали, содержащие от 0,02 до 0,8% С, называют доэвтектоидными. При понижении температуры (ниже линии GOS) по границам зерен аустенита образуются зародыши феррита, которые растут, превращаясь в зерна. Количество аустенита уменьшается, а содержание в нем углерода возрастает, т. к. феррит почти не содержит углерода (
· 0,02% С).
При понижении температуры состав аустенита меняется по линии GOS, а феррита – по линии GP.
Чем выше концентрация углерода в стали, тем меньше образуется феррита. По достижению температуры 7270С (А1) содержание углерода в аустените достигает 0,8% (т. S). Аустенит, имеющий эвтектоидную концентрацию углерода, распадается с одновременным выделением из него феррита и цементита, образующих перлит.
Эвтектоидное превращение аустенита происходит при постоянной температуре 7270С, при наличии трех фаз: феррит (0,02% С), цементит (6,67% С) и аустенит (0,8% С). При этом система нонвариантна: С = К – Ф + 1 = 2 – 3 + + 1 = 0.
Вариантность системы будет рассмотрена ниже.
После окончательного охлаждения доэвтектоидные стали имеют структуру феррит + перлит.
Чем больше в стали углерода, тем меньше в структуре феррита и больше перлита. При содержании в стали 0,6-0,7% С феррит выделяется в виде оторочки вокруг зерен перлита (ферритная сетка).
Сталь, содержащая 0,8% С называют эвтектоидной. В этой стали по достижении температуры 7270С весь аустенит превращается в перлит. Перлит чаще имеет пластинчатое строение, т. е. состоит из чередующихся пластинок феррита и цементита.
Стали, содержащие от 0,8% до 2,14% С, называют заэвтектоидными. Выше линии ES в этих сплавах будет только аустенит. При температурах, соответствующих линии ES, аустенит оказывается насыщенным углеродом, и при понижении температуры из него выделяется вторичный цементит, т. е. сплавы становятся двухфазными (А + ЦII). По мере выделения цементита концентрация углерода в аустените уменьшается по линии ES. При снижении температуры до 7270С (линия PSK) аустенит, содержащий 0,8% С, превращается в перлит. После охлаждения заэвтектоидные стали состоят из перлита и вторичного цементита, который выделяется в виде сетки по границам бывшего зерна аустенита и делает сталь хрупкой.
В доэвтектических чугунах, содержащих 2,14-4,3% С, при понижении температуры, вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените (линия SE), происходит частичный распад аустенита – как первых его кристаллов, выделившихся из жидкости, так и аустенита, входящего в ледебурит. Это приводит к выделению кристаллов вторичного Fe3C и уменьшению содержания углерода в аустените. При температуре 7270С аустенит, обедненный углеродом до 0,8%, превращается в перлит. Таким образом, доэвтектические чугуны после окончательного охлаждения имеют структуру: перлит, ледебурит (перлит + цементит) и вторичный цементит; чем больше в чугуне углерода, тем меньше перлита и больше ледебурита. Эвтектический чугун содержит 4,3% С, при температурах ниже 7270С состоит только из ледебурита (перлит + цементит).
Заэвтектический чугун содержит углерода больше, чем 4,3%, и после затвердевания состоит из цементита и ледебурита (аустенит + Fe3C).
При понижении температуры эвтектический аустенит обедняется углеродом вследствие выделения избыточного цементита и при температуре 7270С распадается с образованием перлита. После охлаждения заэвтектические чугуны состоят из первичного цементита, имеющего форму пластин, и ледебурита (перлит + цементит). С повышением содержания углерода количество цементита возрастает.
Цементит третичный в сталях и чугунах, а также цементит вторичный в эвтектическом и заэвтектических чугунах как самостоятельные структурные составляющие при микроструктурном анализе обычно не обнаруживаются.
Следует отметить, что все описанные изменения структуры, происходящие при охлаждении сплавов, обратимы, т. е. они совершаются и при нагреве сплавов (в обратном порядке).
О фазовых превращениях, происходящих в сплавах, можно судить по кривым охлаждения или нагревания. К числу фазовых превращений относятся плавление или кристаллизация, перестройка кристаллической решетки, полиморфизм, перитектическое, эвтектическое и эвтектоидное превращение и перекристаллизация.
Система характеризуется параметрами своего фазового состояния: температурой, давлением и объемом. В двух- и многокомпонентных системах вместо объема указывается относительное содержание (массовая доля) компонентов.
Фазовое состояние системы, характеризующееся числом сосуществующих фаз (Ф), зависит от числа компонентов (К) и числа степеней свободы С. Эти три фактора связаны уравнением С = К – Ф + 1, которое называется правилом фаз, где за 1 принят параметр температура.

Правило фаз используется для фазового анализа кривых охлаждения.
Весовое соотношение структурных составляющих (или фаз), присутствующих в сплавах, а также соотношение кристаллических фаз в структурных составляющих – эвтектиках и эвтектоидах, можно определить по правилу отрезков.
Количества твердой и жидкой фаз данного сплава при рассматриваемой температуре обратно пропорциональны отрезкам горизонтали, проведенной через данную точку до пересечения с линией ликвидуса и с линией солидуса (или с линией ликвидуса и осью ординат).
Например, определим количество аустенита и жидкого расплава в сплаве с содержанием углерода 2% при температуре 13000С (рис. 23). Отрезок «ас» характеризует весь сплав, тогда количество аустенита QA и количество жидкой фазы QЖ определяются по формулам:
13 EMBED Equation.3 1415,
13 EMBED Equation.3 1415.
Значит в точке «b» аустенита по отношению ко всему сплаву находится 63,1%, а жидкого сплава 36,9%.
Определим весовое соотношение структурных составляющих в белом доэвтектическом чугуне с 3% С при 9000С (рис. 23).
При 9000С в белов доэвтектическом чугуне имеются три структурные составляющие: эвтектика, аустенит и вторичный цементит.
Поскольку весовая доля эвтектики не изменяется с температуры ее образования до комнатной (200С) температуры, подсчитаем, сколько в нашем сплаве было эвтектики (т. е. ледебурита) при эвтектической температуре 11470С, т. е. тогда, когда присутствовали только две структурные составляющие: ледебурит и аустенит. Содержание углерода в эвтектике равно 4,3%, содержание углерода в аустените при 11470С равно 2,14%. Таким образом, отношение веса эвтектики к весу всего сплава равно отношению отрезка ЕО к отрезку ЕС:
13 EMBED Equation.3 1415.
Остальная доля веса приходится на аустенит, которую при эвтектической температуре будет около 60%.
При охлаждении чугуна от эвтектической температуры до 9000С из аустенита выделяются кристаллы вторичного цементита, согласно линии предельной растворимости ES, т. е. содержание углерода в аустените соответствует точке «е», что составляет 1,3%.
Подсчитаем теперь, сколько по весу вторичного цементита должно выделяться из аустенита при охлаждении с 11470С до 9000С. Содержание углерода в аустените при 9000С равно 1,3%, содержание углерода в цементите 6,67%. Следовательно, отношение веса кристаллов вторичного цементита к весу всего сплава соответствует отношению отрезков «ek» к «el»:
13 EMBED Equation.3 1415.
В качестве примера рассмотрим процесс структурообразования в охлажденной стали с 0,4% С (рис. 23). Выше точки t1 сталь находится в жидком состоянии и охлаждается. В интервале температур t1 – t2 из жидкой фазы, концентрация углерода (состав) в которой изменяется по ликвидусу АВ, образуются кристаллы
·Ф. Их состав определяется по солидусу АН. При кристаллизации выделяется теплота и на участке кривой t1 – t2 охлаждение сплава замедляется.
При температуре t2 (14990С) происходит перитектическое превращение:
13 EMBED Equation.3 1415.
Избыточный жидкий расплав кристаллизуется при охлаждении в интервале температур t`2 – t3 с образованием аустенита. В интервале температур t3 – t4 происходит охлаждение аустенита. При температурах t4 – t5 происходит полиморфное превращение, т. е. аустенит, имеющий решетку ГЦК, превращается в феррит, имеющий решетку ОЦК. При этом содержание углерода в аустените изменяется по линии 4S, а массовая доля аустенита уменьшается. Содержание же углерода в феррите изменяется по линии 4/P, а массовая доля феррита увеличивается.
При температуре t5 (7270С) концентрация углерода в аустените будет соответствовать точке S (0,8% С), а в феррите – точке Р (0,02% С), т. е. происходит эвтектоидное превращение:
13 EMBED Equation.3 1415,
когда из аустенита, не превратившегося в феррит, образуется перлит.
В процессе последующего охлаждения сплава из феррита, согласно линии предельной растворимости PQ, выделяется ЦIII, который наслаивается на цементит входящий в состав перлита и структурно не обнаруживается.
Массовые доли феррита и перлита, как структурных составляющих стали определим для температуры 7000С по правилу отрезков:
13 EMBED Equation.3 1415,

13 EMBED Equation.3 1415.
Массовая доля феррита как фазы, существующей вместе с цементитом, определяется как:
13 EMBED Equation.3 1415.
Остальные 4,3% приходятся на долю цементита.
Итак, структурный состав медленно охлажденной стали, содержащей 0,4% С, состоит из 51,3% феррита и 48,7% перлита, а фазовый состав будет соответствовать 95,7% феррита и 4,3% цементита.
Типовые примеры кривых охлаждения с указанными структурами представлены на рис. 24.
Вопросы для повторения раздела.
1. Какие фазы образуются в системе Fe – Fe3C?
2. Укажите изотермические реакции, происходящие при охлаждении на линиях HIB, ECF, PSK.
3. Постройте кривую охлаждения и опишите превращения, происходящие в доэвтектоидной стали и заэвтектическом чугуне.
4. Как структурный и фазовый состав стали у чугуна зависят от содержания углерода и температуры?
5. Определите содержание углерода в структурных составляющих сплава, содержащего 1,3% С, при температуре 800єС.




















5. Основные понятия теории термической обработки.
5.1. Факторы, влияющие на термическую обработку.
Термической обработкой называют процессы, заключающиеся в тепловом воздействии на сплав по определенным режимам для изменения его структуры и свойств. От термической обработки зависят качество и стойкость деталей и инструмента.
На результат термической обработки влияют следующие факторы: время (скорость) нагрева, температура нагрева, время (продолжительность) выдержки, время (скорость) охлаждения. Таким образом, основными факторами термической обработки являются температура и время. Поэтому процесс термической обработки обычно изображают в виде графика в координатах «температура t – время
·». Если термическая обработка состоит только из одной операции, то она называется простой, а если из нескольких операций сложной.
К операциям термической и химико-термической обработки относят: отжиг (полный, неполный, изотермический, на зернистый перлит, диффузионный и рекристаллизационный); нормализацию; закалку (непрерывную в одной среде, прерывистую, ступенчатую, изотермическую, различные виды поверхностной закалки); отпуск; старение; обработку холодом; термомеханическую обработку; цементацию; азотирование; цианирование; нитроцементацию и др.


5.2. Термическая обработка и диаграммы состояния.
Основные виды термической обработки отжиг (с фазовой перекристаллизацией) и закалка с отпуском применимы только для тех сплавов, которые образуют диаграмму состояния с ограничейной растворимостью компонентов в твердом состоянии уменьшающейся с понижением температуры (рис. 25, а) или с полиморфными превращениями (рис. 25,б). В первом случае (см. рис. 25,а) при нагреве сплавов с концентрацией компонента В от точки S до точки E можно получить однородный
твердый раствор
· и быстрым охлаждением зафиксировать его при температуре 20
· С (закалка) с получением пересыщенного твердого раствора. При этом наиболее часто прочность несколько повышается, а пластичность не изменяется. При последующем нагреве (отпуске) будет происходить выделение из пересыщенного раствора
· избыточной фазы В. При этом резко повышаются прочность и твердость и несколько снижается пластичность. Во втором случае (см. рис. 25, б) из исходного состояния
· + В-фаз при нагреве можно получить
·-фазу. При последующем медленном охлаждении вновь образуются
· + В-фазы (отжиг с фазовой перекристаллизацией), а при быстром охлаждении (закалке) будет фиксироваться фаза, называемая мартенситом, обладающая высокой твердостью и прочностью.


5.3. Превращения в стали при нагреве.
Превращение перлита в аустенит. Согласно нижней левой части диаграммы состояния железоцементит (рис. 26) при нагреве стали перлит превращается в аустенит при температуре критической точки А1 (линия PSK, температура 727° С). В действительности превращение перлита в аустенит (а также и обратное превращение аустенита в перлит) не может происходить при

727° С, так как при этой температуре свободная энергия перлита равна свободной энергии аустенита (рис. 27). Поэтому для превращения перлита в аустенит температура нагрева должна быть обязательно немного выше равновесной температуры 727° С, т. е. должен быть так называемый перенагрев, так же как для превращения аустенита в перлит должно быть обязательно некоторое переохлаждение.
Процесс превращения перлита в аустенит в эвтектоидной стали (содержащей 0,8% С) при нагреве происходит следующим образом (рис. 28). Сталь в исходном состоянии представляет смесь фаз феррита (
·-железо) и цементита (рис.28.а). При нагреве несколько выше критической точки А1 (727° С) на границе ферритной и цементитной фаз начинается превращение
·
·, приводящее к образованию низкоуглеродистого аустенита, в котором растворяется цементит (рис. 28.б). Образующийся аустенит химически неоднороден. Концентрация углерода на границе с цементитом значительно выше, чем на границе с ферритом. Превращение
·
· протекает быстрее, чем растворение цементита, и поэтому, когда все
·-железо (феррит) превратится в
·-железо (аустенит), цементит еще остается (рис.28.д). После растворения всего цементита превращение заканчивается (рис.28.е), но образовавшийся аустенит имеет неравномерную концентрацию углерода по объему, уменьшающуюся от центра к периферии зерна. Только после дальнейшего повышения температуры или дополнительной выдержки аустенит в результате диффузии углерода становится однородным по всему объему.
На скорость превращения перлита в аустенит влияют многие факторы: температура превращения, скорость нагрева, дисперсность исходной структуры, химический состав стали.
Рост зерна аустенита при нагреве. Зерна аустенита, образующиеся при нагреве стали выше критической точки А1, получаются

мелкими (начальное зерно аустенита). При повышении температуры происходит рост зерен, заключающийся (как один из механизмов роста зерна аустенита) в слиянии и поглощении более мелких зерен более крупными. При росте зерна атомы переходят (в результате самодиффузии) от соседнего зерна к растущему через границу, вследствие чего границы зерен перемещаются.
От размера зерна аустенита, образовавшегося при нагреве (действительного зерна), зависит размер зерна продуктов распада аустенита. Если зерно аустенита мелкое, то и продукты распада аустенита получаются мелкими. От размера действительного зерна зависят также механические свойства стали, главным образом вязкость, значительно понижающаяся с увеличением размера зерна.
Размер наследственного (природного) зерна влияет на технологические свойства стали. Если, например, сталь наследственно мелкозернистая, то ее можно нагревать до высокой температуры (9501000° С), не опасаясь получения крупного зерна.


5.4. Превращения в стали при охлаждении.
Распад переохлажденного аустенита (диаграмма изотермического превращения аустенита). Распад аустенита может происходить только при температурах ниже 727° С (критическая точка А1). Следовательно, для распада аустенит должен быть переохлажден. От степени переохлаждения, т. е. от температуры, при которой происходит распад аустенита, зависят скорость превращения и строение продуктов распада аустенита. Закономерности этого процесса характеризуются диаграммой изотермического превращения аустенита, т. е. распадом аустенита при постоянной температуре.


Если нагретую до состояния аустенита сталь быстро охладить до температуры ниже температуры в критической точке А1 и затем выдержать при данной температуре, то превращение аустенита в ферритоцементитную смесь будет проходить в течение определенного времени. Такой процесс превращения аустенита при постоянной температуре (изотермический процесс) можно охарактеризовать зависимостями, приведенными на рис. 29. После охлаждения стали до температуры t ниже температуры в критической точке А1 аустенит сохраняется нераспавшимся некоторое время (отрезок оа на рис. 29). Этот период времени называется инкубационным периодом. По истечении инкубационного периода начинается распад аустенита на феррито-цементитную смесь. С течением времени аустенит распадается все больше (отрезок аб). Полный распад аустенита заканчивается по истечении времени, равного отрезку ав (рис. 29). Следовательно, для распада аустенита на феррито-цементитную смесь при какой-то определенной температуре требуется определенное время.
По экспериментальным кривым, полученным для многих температур переохлаждения (t1, t2, и т. д.), можно построить диаграмму изотермического превращения аустенита. Построение такой диаграммы производится следующим образом. Экспериментальные кривые совмещают на одной диаграмме (рис. 30.а). По осям координат диаграммы (рис. 30.б) откладывают время (ось абсцисс) и температуру распада аустенита (ось ординат). В связи с тем, что время распада аустенита может изменяться от нескольких секунд до нескольких часов, для удобства построения применяется логарифмическая шкала времени (ln
·). Затем проводят линии, соответствующие температуре в точке А1 и температуре начала мартенситного превращения (точка Мн *). Точки а (начала распада аустенита) и б (окончания распада) для каждой температуры превращения переносят на соответствующие горизонтали температур. Затем точки а1 а2 и т. д. соединяют, в результате чего получается левая кривая диаграммы. После переноса соединения точек б1, б2 и т. д. получается правая кривая диаграммы. Получившиеся кривые похожи на русскую букву С, поэтому их и называют С-кривыми. Левая кривая характеризует начало распада, а правая окончание распада аустенита на феррито-цементитную смесь. В области между вертикальной осью и левой кривой аустенит находится в переохлажденном состоянии (инкубационный период).
Приведенная на рис. 31 диаграмма изотермического распада: аустенита характерна для эвтектоидной стали.
В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные области превращения: перлитную, промежуточного превращения и мартенситную.
Перлитное превращение. Перлитная область распространяется на интервал температур от критической точки А1 до изгиба С-кривой (~550° С). Распад аустенита с образованием перлита (эвтектоидный распад) является диффузионным процессом и развивается в результате флуктуации состава (неоднородности в распределении углерода в аустените). Перед распадом углерод диффундирует внутри аустенита и скапливается на границах зерен аустенита, в результате чего образуются зародыши цементита. Рост зародышей цементита происходит из-за диффузии углерода из прилегающего аустенита, что приводит к обеднению углеродом аустенита, окружающего образовав-шиеся пластинки цементита, и способствует превращению его в феррит. Поэтому рядом с пластинками цементита образуются пластинки феррита. Таким образом, возникают участки перлита, в которых пластинки цементита и феррита расположены параллельно.
Структура, состоящая из чередующихся параллельных пластинок феррита и цементита, характерна для всей перлитной области (от точки А1 до изгиба С-кривой). Разница заключается только в том, что с увеличением переохлаждения ниже 727° С (с понижением температуры превращения) пластинки феррита и цементита становятся более тонкими и искривленными, что характеризуется межпластиночным расстоянием l0, под которым понимают сумму толщин двух соседних пластинок феррита и цементита. С уменьшением межпластиночного расстояния значительно изменяются механические свойства повышается прочность и твердость и уменьшается пластичность. Под перлитом понимают продукты эвтектоидного распада аустенита, образующиеся при температурах 650700° С (l0 = 0,6ч1,0 мкм; НВ 180250). Если аустенит переохлажден до 600650° С и при этих температурах распадается, то образующаяся более мелкая феррито-цементитная смесь называется сорбитом (l0 = 0,25ч0,3 мкм; НВ 250–350). При переохлаждении аустенита до 500600° С образуется еще более мелкая феррито-цементитная смесь, называемая трооститом (l0 = 0,1ч0,15 мкм; НВ 350450).
Мартенситное превращение. Мартенсит имеет совершенно отличную от других структур природу и образуется не так, как феррито-цементитные смеси. Характерной особенностью аустенито-мартенситного превращения является его бездиффузионный характер.
При большом переохлаждении углерод не успевает выделиться из твердого раствора (аустенита) в виде частиц цементита, как это происходит при образовании перлита, сорбита и троостита. Решетка
·-железа перестраивается в решетку
·-железа. Углерод остается внутри решетки
·-железа, в результате чего получается пересыщенный твердый раствор углерода в
·-железе.
Значительное пересыщение
·-железа углеродом вызывает изменение объемно-центрированной кубической решетки в тетрагональную, элементарной ячейкой которой является прямоугольный параллелепипед (рис. 32). Атомы углерода в такой ячейке располагаются в межузлиях (что характерно для твердого раствора внедрения) или в центре основания (сторона а), или в середине удлиненных ребер (сторона с). Степень тетрагональности, характеризующаяся отношением осей с/а, увеличивается с повышением содержания углерода в твердом растворе, достигая в стали, содержащей 1,7% С, величины 1,08.
Из изложенного следует, что мартенсит является пересыщенным твердым раствором внедрения углерода в
·-железе. Превращение аусте-
нита в мартенсит протекает в определенном интервале температур. При охлаждении оно начинается при некоторой температуре в точке Мн (см. рис. 30), которая в отличие от начала перлитного превращения не зависит от скорости охлаждения (для данной стали). Все большее превращение аустенита в мартенсит происходит по мере понижения температуры и заканчивается при температуре в точке Мк (см. рис. 31).
Характерным для мартенситного превращения является то, что даже при температуре конца мартенситного превращения (точка Мк) не происходит полного образования мартенсита. Аустенит частично остается не превращенным в мартенсит и называется остаточным аустенитом.
Если в мартенситном интервале охлаждение приостановить и дать выдержку, то превращение аустенита в мартенсит почти сразу же прекращается. Эта особенность резко отличает мартенситное превращение от перлитного, которое полностью протекает при постоянной температуре ниже Аi. При выдержке при температурах, близких температуре в точке Мк, не только прекращается образование мартенсита, но увеличивается стойкость аустенита против мартенситного превращения при последующем охлаждении.
Мартенситный интервал температур (точки Мн и Мк) определяется химическим составом аустенита. Чем больше в аустените углерода, тем при более низкой (но постоянной) температуре происходит превращение аустенита в мартенсит (рис. 32). Температура в точке Мк, так же как температура в точке Мн, понижается с повышением в аустените углерода. При содержании углерода более 0,6% мартенситное превращение заканчивается при температурах ниже нуля. Поэтому для того чтобы в высокоуглеродистых сталях получить большее количество мартенсита, их следует охлаждать до температур ниже нуля. Практически в ряде случаев стали подвергают такой обработке, которая называется обработкой холодом. Большинство легирующих элементов (хром, марганец, никель и др.) снижает температуру мартенситного превращения (Мн) и увеличивает количество остаточного аустенита. Кобальт повышает температуру мартенситного превращения и уменьшает количество остаточного аустенита, а кремний не оказывает никакого влияния.
Аустенитно-мартенситное превращение сопровождается увеличением объема. Все структуры стали можно расположить (от макси-
мального объема к минимальному) в следующий ряд: мартенситтрооститсорбитперлитаустенит.
При аустенитно-мартенситном превращении мартенсит образуется в форме пластин, но обнаружить в плоскости шлифа мартенситную пластину трудно. Обычно в зависимости от угла сечения пластин плоскостью шлифа они наблюдаются под микроскопом в виде игл различной толщины.
Мартенситные пластины (иглы) образуются почти мгновенно, со скоростью более 1000 м/с, только в пределах аустенитного зерна и не переходят границу между зернами. Поэтому размер игл мартенсита зависит от размера зерен аустенита. Чем мельче зерна аустенита, тем мельче иглы мартенсита и структура характеризуется как крупноигольчатый или мелкоигольчатый мартенсит.
Промежуточное (бейнитное) превращение. Область промежуточного превращения (промежуточное между перлитным и мартенситным) распространяется от изгиба С-кривой (~550° С) до критической точки Мн. При изотермической выдержке в этой области температур образуется структура, называемая бейнитом (игольчатым трооститом).
Промежуточное (бейнитное) превращение аустенита сочетает элементы перлитного и мартенситного превращений. В начальной стадии углерод в переохлажденном аустените перераспределяется с образованием обогащенных и обедненных углеродом участков аустенита. Участки обедненного аустенита претерпевают мартенситное
·
·-превращение. С течением времени при постоянной температуре переохлаждения образовавшийся мартенсит распадается на феррит и цементит. Из участков аустенита, обогащенных углеродом, выделяется цементит; аустенит обедняется углеродом, и, как указано выше, сначала происходит мартенситное превращение, а затем распад мартенсита на феррито-цементитную смесь.
В зависимости от температуры изотермической выдержки микроструктура и механические свойства бейнита различны. Бейнит, образующийся при более высокой температуре (немного ниже изгиба С-кривой), называется верхним бейнитом; он имеет , перистое строение, напоминающее строение перлита, в связи с тем, что цементитные частицы располагаются между пластинами
·-фазы, твердость верхнего бейнита НВ 450. Бейнит, образующийся при более низкой температуре (немного выше температуры мартенситного превращения), называется нижним бейнитом: он имеет игольчатое строение, очень похожее на строение мартенсита, в связи с тем, что цементитные частицы располагаются внутри пластин
·-фазы, твердость нижнего бейнита НВ 550. По сравнению с перлитными структурами пластины цементита в бейните короче, толщина и длина их уменьшаются по мере снижения температуры превращения.

Влияние легирующих элементов на изотермический распад аустеншпа. На изотермический распад аустенита легирующие элементы оказывают очень большое влияние. Все легирующие элементы, за исключением кобальта, замедляют изотермический распад аустенита. Кобальт является единственным элементом, ускоряющим распад аустенита.
Для сталей, легированных элементами, не образующими карбидов (никель, кремний, алюминий и др.), кривые изотермического распада аустенита сохраняют свой С-образный вид, как и для углеродистой стали, но располагаются правее. Чем больше легирующего элемента, тем дальше кривые удалены от вертикальной оси.
Для сталей, легированных карбидообразующими элементами (хром, вольфрам, ванадий, молибден и др.), кривые изотермического распада не сохраняют С-образный вид, а становятся как бы двойными С-образными кривыми с двумя зонами минимальной устойчивости аустенита и расположенной между ними зоной максимальной устойчивости аустенита.


5.4.1.Превращение аустенита при непрерывном охлаждении.
Термическая обработка стали обычно осуществляется не при постоянной температуре, а путем непрерывного охлаждения после нагрева с получением аустенита. Так как построение кривых охлаждения производится в тех же координатах «температуравремя», что и диаграмма изотермического превращения аустенита, то для рассмотрения превращения аустенита при непрерывном охлаждении нанесем кривые охлаждения на диаграмму изотермического превращения переохлажденного аустенита эвтектоидной углеродистой стали (рис. 33).
При небольшой скорости охлаждения кривая
·1 пересекает линии диаграммы изотермического распада аустенита при высоких температурах и малом переохлаждении, и продуктом превращения будет перлит. С увеличением

скорости охлаждения кривые
· 2 и
· 3 пересекают линии диаграммы при более низких температурах и больших переохлаждениях, и продуктами превращений будут более мелкие феррито-цементитные смеси сорбит и троостит. При еще большей скорости охлаждения (кривая
·4) не происходит полного распада аустенита на феррито-цементитную смесь, а часть его переохлаждается до точки Мн, в результате чего образуется структура, состоящая из троостита и мартенсита. При очень большой скорости охлаждения (кривая
·5) превращения аустенита в феррито-цементитную смесь не происходит; весь аустенит переохлаждается до температуры в точке Мн и превращается в мартенсит. Кривая охлаждения
·к (касательная к выступу изотермической кривой) характеризует минимальную скорость охлаждения, при которой образуется мартенсит без продуктов перлитного распада, и называется критической скоростью закалки.
Величина критической скорости закалки имеет большое практическое значение для закалки, при которой обычно получают структуру мартенсита. В зависимости от величины критической скорости закалки выбирают охлаждающую среду. На критическую скорость закалки влияют химический состав стали, температура нагрева, устойчивость и однородность аустенита, размеры зерна.
Если закаливать углеродистую сталь, нагретую до состояния однородного аустенита (доэвтектоидную выше точки Ас3 и заэвтектоидную выше точки Аст), то с увеличением в стали углерода в связи с повышением устойчивости аустенита против распада критическая скорость закалки понижается. Но практически заэвтектоидную сталь нагревают при закалке не выше точки Аст, а выше точки Ас1, когда при нагреве сохраняется избыточный цементит, ускоряющий распад аустенита и тем в большей степени, чем его больше. Поэтому при закалке заэвтектоидной стали от оптимальной температуры критическая скорость закалки с увеличением в стали содержания углерода повышается.
Критическая скорость закалки легированной стали также зависит от того, растворен ли легирующий элемент в аустените или находится в виде карбидов. Критическая скорость закалки понижается только в том случае, если легирующий элемент растворен в аустените. При наличии карбидов, наоборот, критическая скорость закалки повышается. Так влияют все легирующие элементы, за исключением кобальта. Кобальт является единственным элементом, повышающим критическую скорость закалки.
Легирующие элементы, повышая устойчивость переохлажденного аустенита, уменьшают критическую скорость закалки и тем в большей степени, чем дальше от вертикальной оси расположены кривые изотермического превращения. Это видно, если на кривые изотермического пре-


вращения углеродистой и легированной стали наложить кривые непрерывного охлаждения.


5.5. Изменение структуры при отпуске.
Находясь в напряженном и неустойчивом состоянии, закаленная сталь стремится к своему устойчивому стабильному состоянию, т. е. к превращению мартенсита и остаточного аустенита в феррито-цементитную смесь.
При нагреве (отпуске) закаленной стали наблюдаются четыре превращения: первое превращение при нагреве до 200° С, второе в интервале 200300° С, третье при 300400° С, четвертое при температуре выше 400° С. При первом превращении из пересыщенного
·-твердого раствора (мартенсита) выделяется углерод, в связи с чем тетрагональность решетки уменьшается и соотношение осей с/а приближается к единице. В результате нагрева до 200° С содержание углерода в мартенсите снижается и особенно значительно в высокоуглеродистой стали. Углерод выделяется в виде мельчайших пластинок карбида железа, имеющего гексагональную решетку и формулу, близкую к Fе2С.
Образовавшийся в результате первого превращения мартенсит называется мартенситом отпуска и представляет собой смесь пересыщенного твердого раствора углерода в
·-железе неоднородной концентрации и карбида, еще полностью не обособившегося от решетки мартенсита. Отпуск изменяет окраску игл мартенсита: в мартенсите закалки иглы светлые, а после отпуска темные.
При втором превращении (нагрев до 200300° С) продолжается распад мартенсита; содержание углерода в пересыщенном
·-растворе снижается приблизительно до 0,15%. Кроме того, одновре-

менно происходит распад остаточного аустенита с превращением его в мартенсит отпуска. Таким образом, после второго превращения в твердом растворе (мартенсите) содержится небольшое количество углерода и в связи с этим тетрагональность решетки незначительна.
Третье превращение (нагрев до 300400° С) характеризуется полным распадом
·-твердого раствора (мартенсита) на феррито-цементитную смесь, обособлением цементита (устранение когерентности решеток
·-раствора и цементита) и уменьшением напряжений. Одновременно карбид (Fe2C) превращается в цементит (Fе3С). В результате третьего превращения образуется троостит отпуска.
При четвертом превращении (нагрев выше 400° С) интенсивно протекает коагуляция (укрупнение) и сфероидизация (скругление) частиц цементита. Скорость этих процессов при отпуске зависит от скорости диффузии углерода и растет с температурой. При 500600° С троостит отпуска превращается в сорбит отпуска (с зернистой формой цементита), а при более высоких температурах (650700° С) сорбит отпуска превращается в зернистый перлит.
Влияние отпуска на механические свойства. Изменение структуры при отпуске вызывает изменение механических свойств закаленной стали. С повышением температуры отпуска твердость и прочность снижаются, а пластичность и вязкость повышаются.
В связи с благоприятным сочетанием механических свойств, получающихся после закалки и отпуска при 600650° С (высокого отпуска), такую обработку, называемую улучшением, часто применяют на практике. В результате улучшения получается структура сорбита с зернистой формой цементита. Структуру сорбита можно получить и при непосредственном распаде аустенита в верхней зоне С-кривой. Но в этом случае сорбит получается с цементитом пластинчатой формы. Механические свойства сорбита отпуска несколько отличаются от свойств сорбита закалки. При одинаковом значении предела прочности сталь, имеющая зернистую структуру, обладает большей пластичностью по сравнению со сталью, имеющей пластинчатую структуру.

5.5.1.Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске.
Легирующие элементы влияют на диффузионные процессы, связанные с выделением и коагуляцией карбидов и происходящие при отпуске закаленной стали.
Некоторые легированные стали обнаруживают явление отпускной хрупкости, выявляемой только при испытании на ударную вязкость. Различают два вида отпускной хрупкости (рис. 34): первого рода (необратимую), при отпуске в интервале 250400° С, и второго рода (обратимую), при отпуске в интервале 450650° С.
Причиной отпускной хрупкости первого рода является распад мартенсита с выделением карбидов по границам бывших аустенитных зерен при отсутствии его распада внутри зерна. В результате прочность граничных слоев и внутри зерна получается различной и менее прочные граничные слои служат концентраторами напряжений, вызывающими хрупкое разрушение с характерным межкристаллитным изломом по границам бывших аустенитных зерен. Отпускная хрупкость этого вида вызывается необратимыми процессами в граничном слое, поэтому она необратима и не зависит от скорости охлаждения после нагрева. Повторный отпуск при той же температуре не устраняет хрупкости. При повышении температуры отпуска выше 400° С распад мартенсита распространяется и в глубь зерна, в результате чего структура выравнивается и хрупкость устраняется, но при этом снижается твердость. Повторный нагрев при 250400° С отпускной хрупкости не вызывает. Кроме легированных сталей отпускная хрупкость первого рода свойственна и углеродистым сталям.
Отпускная хрупкость второго рода возникает только в том случае, если охлаждение после нагрева медленное (с печью или на воздухе). Причиной хрупкости является выделение по границам зерен каких-либо фаз (фосфидов, карбидов, нитридов или других). При быстром охлаждении после нагрева (в воде или масле) эти фазы выделиться не успевают и хрупкости не наблюдается. Характерной особенностью отпускной хрупкости второго рода является ее обратимость. Если сталь с низкой ударной вязкостью, возникшей из-за медленного охлаждения после нагрева, вновь нагреть до температуры отпуска и быстро охладить, она становится вязкой, и, наоборот, если сталь с высокой ударной вязкостью, полученной при быстром охлаждении после нагрева, вновь нагреть до температуры отпуска и охладить медленно, она становится хрупкой.
Наиболее восприимчивы к отпускной хрупкости второго рода стали, содержащие повышенное количество фосфора или марганца, а также хромомарганцевые и хромоникелевые стали. Введение в сталь небольшого количества молибдена (0,20,3%) или вольфрама (0,50,7%) значительно уменьшает склонность стали к отпускной хрупкости второго рода.
Вопросы для повторения раздела.
1. Назовите факторы термической обработки.
2. Опишите механизм образования аустенита при нагреве стали.
3. Каким образом получают диаграмму изотермического превращения аустенита?
4. Чем отличается механизм перлитного превращения от промежуточного и мартенситного?
5. Что определяет устойчивость переохлажденного аустенита?
6. Как влияют легирующие элементы на диаграмму изотермического распада аустенита?
7. Как получить структуру сорбит и мартенсит в углеродистой стали с содержанием углерода 0,5%?
8. Опишите фазовый состав стали после первого превращения при отпуске.
9. Укажите основные процессы, происходящие при втором, третьем и четвертом превращениях.
10. Как влияет отпуск на механические свойства стали?
11. Как влияют на отпуск легирующие элементы?
12. Укажите причины необратимой и обратимой отпускной хрупкости.


6. Технология термической обработки стали.
6.1. Время нагрева.
Чем больше в стали углерода и специальных примесей, тем менее она теплопроводна и медленнее должен быть ее нагрев. Поверхностные слои металла, нагретые до более высокой температуры, стремятся расшириться. Этому расширению препятствуют внутренние, менее нагретые слои. В результате поверхностные слои будут испытывать напряжения сжатия, а внутренние напряжения растяжения (рис. 35). Величина напряжений зависит от времени (скорости) нагрева: чем больше скорость нагрева, тем больше разность температур между поверхностью и сердцевиной и, следовательно, тем выше напряжения.
Величина возникающих напряжений не должна превосходить допустимую, так как в металле могут образоваться трещины. Наиболее опасно возникновение внутренних напряжений при нагреве до температур 500600° С, когда металл обладает малой пластичностью. При более высоких температурах возникновение внутренних напряжений неопасно, так как металл становится пластичным.
Время нагрева зависит также от расположения деталей в печи и от их взаимного расположения (табл. 3). Детали нагреваются быстрее при всестороннем подводе тепла; самый медленный нагрев при расположении нескольких деталей вплотную (продолжительность нагрева увеличивается в 4 раза).
Общая продолжительность нагрева, т. е. общее время
·общ пребывания деталей в нагревающей среде, состоит из времени
·н нагрева до заданной температуры и времени тв выдержки при этой температуре:
13 EMBED Equation.3 1415
Время выдержки при заданной температуре может быть принято равным 1 мин для углеродистых сталей и 1,52 мин для легированных сталей.
Для деталей простой формы небольшой длины время нагрева
13 EMBED Equation.3 1415
где а коэффициент, определяемый экспериментально, с/мм.
Таблица 3
Продолжительность нагрева деталей в зависимости
от их расположения в печи

Расположение деталей
Продолжительность нагрева, мин

Расположение деталей
Продолжительность нагрева, мин



1


1



1,4


1



4


2




2,2



1,4



2


1,3



1,8


1,7


Таблица 4
Коэффециент а
Нагревательный агрегат
Температура печи,
·С
Сечение детали



круглое
квадратное
прямоугольное

Электропечь . . . . . . . . .
Соляная ванна . . . . . . . .
Свинцовая ванна . . . . . .
Соляная ванна . . . . . . . .
800
800
800
1300
40–50
12–15
6–8
6–8
50–60
15–18
8–10
8–10
60–75
18–22
10–12
10–12


Если деталь квадратного или прямоугольного сечения, то вместо диаметра D следует использовать толщину H детали. Значение коэффициента а в зависимости от условий нагрева и формы детали приведено в табл. 4.
Определение времени нагрева деталей диаметром (стороной квадрата) 3100 мм. Рекомендуемая продолжительность выдержки в камерных печах и ваннах приведена в табл. 5.






Таблица 5
Примерные нормы нагрева деталей диаметром (толщиной) более 3 мм при нагреве для закалки до 750 – 900° С



Агрегат
Время нагрева (с) на 1 мм диаметра или наименьшей толщины для сталей
Примечание. На многих заводах приняты следующие нормы нагрева на 1 мм диаметра: при нагреве в пламенных печах 1 мин, в электропечах 1,5–2 мин, в соляных ваннах 0,5 мин; в свинцовых ваннах 0,1–0,15 мин; время нагрева деталей из легированной стали должно быть увеличено на 25–50%.



углеродистых и низколегированных

легированных


Электрическая печь
Соляная ванна
Свинцовая ванна
50–80
20–25
6–8
70–90
25–30
8–10





6.2. Химическое действие нагревающей среды.
Общие сведения. При нагреве деталей в печах металл взаимодействует с атмосферой печи. Результатом такого взаимодействия является окисление, ведущее к образованию окалины на поверхности нагреваемого металла, и обезуглероживание частичное или полное выгорание углерода в поверхностных слоях стали.
Окисление приводит к потерям металла, усложняет обработку деталей, затрудняет получение высокой и равномерной твердости. Потери металла при нагреве составляют до 3% массы обрабатываемых деталей. В обезуглероженном слое появляются «мягкие пятна» и возникают растягивающие напряжения, что снижает прочность, износостойкость и предел выносливости, т. е. снижает срок службы деталей.
В состав печной газовой атмосферы входят кислород, окись углерода, двуокись углерода, водород, азот, метан, водяной пар. Действие этих газов на сталь различно. Водород обезуглероживает, окись углерода и метан науглероживают. Водяной пар, двуокись углерода и кислород окисляют и обезуглероживают.
Применение защитных атмосфер. Для предохранения деталей от окисления и обезуглероживания при высоких температурах в рабочее пространство печи искусственно вводят защитную газовую среду, называемую защитной или контролируемой атмосферой. Применяемая контролируемая атмосфера должна иметь низкую стоимость, быть простой в приготовлении, не должна образовывать излишних количеств сажи и кок-

са, не окислять и не обезуглероживать поверхность деталей при термической обработке.
Для защиты от окисления могут применяться инертные газы аргон, неон и чистый азот, не содержащие даже следов кислорода, а также продукты диссоциации аммиака. Указанные газы требуют дополнительной очистки от агрессивных примесей и осушки, что повышает стоимость защитного газа в 23 раза. В связи с этим чистые газы применяются для защитных атмосфер ограниченно.
В современном машиностроительном производстве применяют контролируемые атмосферы двух типов: 1) экзотермическую нейтральную при температуре ниже 700° С; 2) эндотермическую «универсальную», нейтральную при температуре выше 700° С (ниже 700° С она взрывоопасна).
Нейтральные контролируемые атмосферы получают путем сжигания углеводородных газов с коэффициентами избытка воздуха от 0,22 до 0,95. Данные о нейтральных атмосферах приведены в табл. 6. Для получения контролируемых атмосфер необходимы специальные установки.

Таблица 6
Техническая характеристика контролируемых атмосфер,
получаемых из углеводородных газов



Атмосфера

Объемная доля, %
Коэффициент избытка воздуха
·
Взрывоопасность
Температура воспламенения смеси с воздухом, °С


CO
CO2
H2
CH4
N2




Экзотермическая ПС-09
Эндотермическая КГ-ВО
0,01

0,18– 0 ,24
0,1

До 0,01
0,01

0,32–0,4
Нет

До 0,015
0,88

0,38–0,44
0,9–1,0

0,25–0,27
Нет

Есть
––

400-700


Примечание. Содержание водяного пара в контролируемых атмосферах определяется температурой в точке росы1.
____________________
1 Точкой росы называется температура, при которой начинается конденсация содержащейся в газе влаги


Наиболее широкое применение находит эндотермическая атмосфера (эндогаз), которая применима как для безокислительного нагрева, так и для цементации. Характерной особенностью эндотермической

атмосферы является то, что результаты ее взаимодействия с нагретой сталью зависят только от содержания влаги, количество которой контролируется определением температуры точки росы. Следовательно, по температуре точки росы контролируется содержание углерода на поверхности стальной детали (углеродный потенциал) в момент установления равновесия с атмосферой данного состава.
Применение защитных покрытий. Новое в безокислительной термической обработке применение защитных покрытий стекловидных эмалей. Для таких покрытий применяют механические смеси тонких порошков стекол с огнеупорными наполнителями. В процессе нагрева происходит плавление легкоплавких, а затем тугоплавких составляющих смеси, и тем самым обеспечивается получение стекловидной расплавленной пленки, изолирующей металл от печной атмосферы.
Для защиты деталей из конструкционных и инструментальных сталей применяют эмаль ЭЖ-01, в состав которой входят около 25% Аl2О3, стеклообразующая составляющая фритта, огнеупорная глина и вода. Эмаль наносят путем окунания или мягкой кистью на очищенную и обезжиренную поверхность детали. Толщина покрытия 0,080,12 мм. Сушку производят на воздухе или в сушильном шкафу в течение 0,51 ч. Далее детали подвергают термической обработке. При охлаждении от температур закалки происходит частичное скалывание эмали. Остатки покрытия можно удалить дробеструйной обработкой или в расплаве щелочей КОН или NаОН при 500550° С. Применять эмали целесообразно в условиях мелкосерийного производства.




6.3. Отжиг.
Отжигом называют процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали до определенной температуры и последующем, как правило, медленном охлаждении для получения более равновесной структуры.
Отжиг является предварительной операцией термической обработки, подготавливающей структуру стали к последующим технологическим операциям, например, к обработке заготовок на металлорежущих станках и окончательной термической обработке (закалке с отпуском) деталей. Но отжиг используют и как окончательную термическую обработку в том случае, если получаемые в результате этой операции свойства удовлетворяют требованиям, предъявляемым к данной детали.
Полный отжиг характеризуется нагревом стали на 3050° С выше температуры интервала превращений, выдержкой при этой температуре и


медленным охлаждением до температуры ниже интервала превращений. При таком отжиге происходит полная фазовая перекристаллизация. Данному виду отжига подвергают доэвтектоидную сталь с неравномерным или крупным зерном для создания мелкой зернистости, понижения твердости и повышения пластичности, снятия внутренних напряжений, улучшения обрабатываемости.
При полном отжиге доэвтектоидную сталь нагревают до температуры на 3050° С выше температуры в точке Ас3. При нагреве до такой температуры крупная исходная феррито-перлитная структура превращается в мелкую структуру аустенита (рис. 36). При последующем медленном охлаждении для углеродистой стали со скоростью 120150° С/ч до 450550° С и далее на воздухе из мелкозернистого аустенита образуется мелкая феррито-перлитная структура (рис. 37).
При отжиге легированной стали скорость охлаждения должна быть порядка 3070° С/ч; это связано с тем, что легирующие элементы повышают устойчивость аустенита. Для сокращения продолжительности отжига легированные стали целесообразно подвергать изотермическому отжигу.
Заэвтектоидную сталь полному отжигу не подвергают. Для полного отжига заэвтектоидную сталь нужно нагревать до температуры на 3050° С выше точки Аст. При нагреве до такой температуры будет происходить превращение исходной структуры цементит и перлит в структуру аустенита. При последующем медленном охлаждении цементит будет выделяться по границам зерен аустенита и после превращения аустенита в перлит при температурах немного ниже температуры в критической точке Аr1 в результате образуется структура цементит и перлит, но цементит будет расположен в виде сетки по границам зерен перлита. Сталь с такой структурой имеет низкую вязкость, неравномерное распределение твердости по сечению, плохо обрабатывается на станках.


6.3.1.Отжиг I рода.
Отжиг I рода в зависимости от исходного состояния стали и температуры его выполнения может включать процессы гомогенизации, рекристаллизации, снижения твердости и снятия остаточных напряжений. Характерная особенность этого вида отжига в том, что указанные процессы происходят независимо от того, протекают ли в сплавах при этой обработке фазовые превращения (13 EMBED Equation.3 1415) или нет. Поэтому отжиг I рода можно проводить при температурах выше или ниже температур фазовых превращений (критических точек А1 и А3).
Этот вид обработки в зависимости от температурных условий его выполнения устраняет химическую или физическую неоднородность, созданную предшествующими обработками.
Гомогенизация (диффузионный отжиг). Диффузионному отжигу подвергают слитки легированной стали с целью уменьшения дендритной или внутрикристаллитной ликвации, которая повышает склонность стали, обрабатываемой давлением, к хрупкому излому, к анизотропии свойств и возникновению таких дефектов, как шиферность (слоистый излом) и флокены (тонкие внутренние трещины, наблюдаемые в изломе в виде белых овальных пятен).
Дендритная ликвация понижает пластичность и вязкость легированной стали. Поэтому слитки и крупные отливки нередко подвергают диффузионному отжигу. Нагрев при диффузионном отжиге должен быть до высоких температур 1100°-1200°, т.к. только в этом случае более полно протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания состава стали по объему.
Во избежание образования большого количества окалины, уменьшения расхода топлива и увеличения производительности печей выдержка должна быть минимальной, обычно 1520ч. После выдержки садку охлаждают до 800820 °С в печи, а далее на воздухе.










Рис. 36. Схема различных видов отжига

В результате диффузионного отжига получается крупное зерно. Этот недостаток устраняется при последующей обработке слитка давлением или в процессе последующей термической обработки.

Рекристаллизационный отжиг. Под рекристаллизационным отжигом понимают нагрев холоднодеформированной стали выше температуры начала рекристаллизации, выдержку при этой температуре с последующим охлаждением. Этот вид отжига чаще применяют как промежуточную операцию для снятия наклепа между операциями холодного деформирования. Температура отжига для достижения рекристаллизации по всему объему и сокращения времени процесса превышает температуру порога рекристаллизации. Для углеродистых сталей с 0,08-0,2 % С, чаще подвергаемых холодной деформации (прокатке, штамповке, волочению), температура отжига находится в интервале 680700 °С. Отжиг калиброванных прутков (холодная протяжка) из высокоуглеродистой легированной стали (хромистой, хромокремнистой и др.) проводят при 680740 °С в течение 0,51,5 ч.
Кроме рекристаллизации феррита при отжиге стали могут протекать коагуляция и сфероидизация цементита, при этом повышается пластичность, что облегчает обработку давлением.
Высокий отпуск (для уменьшения твердости). После горячей механической обработки сталь чаще имеет мелкое зерно и удовлетворительную микроструктуру, поэтому не требуется фазовой пере-кристаллизации (отжига). Но вследствие ускоренного охлаждения после прокатки или другой горячей обработки легированные стали имеют неравновесную структуру сорбит, троостит, бейнит или мартенсит и, как следствие этого, высокую твердость. Для снижения твердости на металлургических заводах сортовой прокат подвергают высокому отпуску при 650700 °С (несколько ниже точки А1) в течение 315 ч и последующему охлаждению. При нагреве до указанных температур происходят процессы распада мартенсита и (или) бейнита, коагуляция и сфероидизация карбидов и в итоге снижается твердость. Углеродистые стали подвергают высокому отпуску в тех случаях, когда они предназначаются для обработки резанием, холодной высадки или волочения.
Отжиг для снятия остаточных напряжений. Этот вид отжига применяют для отливок, сварных изделий, деталей после обработки резанием и др., в которых в процессе предшествующих технологических операций из-за неравномерного охлаждения, неоднородной пластической деформации и т. п. возникли остаточные напряжения.
Остаточные напряжения могут вызвать изменение размеров, коробление и поводку изделия в процессе его обработки (например, резанием), эксплуатации или хранения. При резании за счет удаления части металла происходит нарушение равновесия остаточных напряжений, влекущих за собой деформацию изделия. Изменение размеров в процессе хранения связано с перераспределением остаточных напряжений при их релаксации. Отжиг стальных изделий для снятия напряжений проводят при температуре 160700 °С с последующим медленным охлаждением. Например, многие детали прецизионных станков (ходовые винты, высоконапряженные зубчатые колеса, червяки и др.) нередко проходят отжиг (отпуск) при 570600 °С в течение 23 ч после основной механической обработки и при 160180 °С 22,5 ч после окончательной механической обработки для снятия шлифовочных напряжений. Отжиг для снятия сварных напряжений проводится при 650700 °С.

6.3.2. Отжиг II рода (фазовая перекристаллизация).
Отжиг II рода заключается в нагреве стали до температур выше точек АС1 или АС3, выдержке и, как правило, последующем медленном охлаждении. В процессе нагрева и охлаждения в этом случае протекают фазовые превращения (13 EMBED Equation.3 1415-превращение), определяющие структуру и свойства стали.
После отжига углеродистой стали получаются структуры (см. рис. 37), указанные на диаграмме состояния железо цементит: феррит + перлит в доэвтектоидных сталях; перлит в эвтектоидной стали; перлит и

Рис. 37. Схема полного отжига (а) и изотермическая диаграмма распада аустенита (б) углеродистой стали: 1 – охлаждение при отжиге; 2 – охлаждение при нормализации.

вторичный цементит в заэвтектоидных сталях. После отжига сталь имеет низкую твердость и прочность при высокой пластичности.
При фазовой перекристаллизации измельчается зерно и устраняется видманштеттова структура и другие неблагоприятные структуры стали (см. рис. 37). В большинстве случаев отжиг является подготовительной термической обработкой; отжигу подвергают отливки, поковки, сортовой и фасонный прокат, трубы, горячекатаные листы и т. д. Понижая прочность и твердость, отжиг облегчает обработку, резание средне- и высокоуглеродистой стали. Измельчая зерно, снимая внутренние напряжения и уменьшая структурную неоднородность, отжиг способствует повышению пластичности и вязкости по сравнению со свойствами, полученными после литья, ковки и прокатки. В некоторых случаях (например для многих крупных отливок) отжиг является окончательной термической обработкой.
Различают следующие виды отжига: полный, изотермический и неполный.
Полный отжиг. Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидной стали на 3050 °С выше температуры, соответствующей точке АС3, выдержке при этой температуре для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении (рис. 37, б, кривая 1)
При нагреве до температуры выше точки А3 на 3050 °С образуется аустенит, характеризующийся мелким зерном, поэтому при охлаждении возникает мелкозернистая структура (рис. 37, а), обеспечивающая высокую вязкость и пластичность и возможность достижения высоких свойств после окончательной термической обработки.
Чрезмерное повышение температуры нагрева выше точки А3 вызывает рост зерна аустенита, что ухудшает свойства стали. Время нагрева и продолжительность выдержки при заданной температуре зависят от типа нагревательной печи, способа укладки изделий в печь, от высоты садки, типа полуфабриката (лист, сортовой прокат и т. д.).
На металлургических заводах скорость нагрева не ограничивают и устанавливают ее максимально возможной по тепловой мощности печи (чаще ~100°С/ч); продолжительность выдержки может колебаться от 0,5 до 1 ч на 1 т нагреваемого металла. Металл загружают в печь непосредственно после выгрузки предыдущей садки .при температуре печи 400500 °С.
Скорость охлаждения при отжиге зависит от устойчивости переохлажденного аустенита, а следовательно, от состава стали. Чем больше устойчивость аустенита в области температур перлитного превращения, тем медленнее должно быть охлаждение. Поэтому легированные стали, обладающие высокой устойчивостью переохлажденного аустенита, охлаждаются значительно медленнее (чаще со скоростью 4060 °С/ч), чем углеродистые, скорость охлаждения которых составляет 100150 °С/ч.
Полному отжигу подвергают сортовой прокат из стали с 0,30,4 % С, поковки и фасонные отливки.
Изотермический отжиг. Изотермический отжиг (рис. 38, а) состоит обычно в нагреве легированной стали, как и для полного отжига, и в сравнительно быстром охлаждении до температуры, лежащей ниже точки А1 (обычно 660680 °С). При этой температуре назначают изотермическую выдержку 36 ч, необходимую для полного распада аустенита, после чего следует охлаждение на воздухе.


Рис. 38. Схема изотермического отжига стали (Q – масса садки, т)
Одно преимущество изотермического отжига в сокращении длительности процесса, особенно для легированных сталей, которые для заданного снижения твердости приходится охлаждать очень медленно. Для наибольшего ускорения процесса температуру изотермической выдержки выбирают близкой к температуре минимальной устойчивости переохлажденного аустенита в перлитной области (рис. 38, б). Другое преимущество изотермического отжига заключается в получении более однородной ферритно-перлитной структуры; при изотермической выдержке температура по сечению изделия выравнивается и превращение по всему объему стали происходит при одинаковой степени переохлаждения. Для некоторого укрупнения зерна и улучшения обработки резанием температуру отжига принимают 930950 °С. Нагрев нередко осуществляют в проходных печах с контролируемой атмосферой.
Изотермическому отжигу чаще подвергают поковки (штамповые заготовки) и сортовой прокат из легированной цементуемой стали небольших размеров.
Пружинную (канатную) проволоку из стали, содержащей 0,650,9 % С, перед холодным волочением подвергают изотермической обработке патентированию. Для патентирования проволоку подвергают высокотемпературной аустенитизации для получения однородного аустенита, а затем пропускают через расплавленную соль температурой 450550 °С. В результате изотермического распада аустенита образуется тонкопластинчатый троостит или сорбит. Такая структура позволяет при холодной протяжке давать большие обжатия (более 75 %) без обрывов и после за-

ключительного холодного волочения получить высокую прочность ((в= 2000(2250 МПа).
Неполный отжиг. Неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагревают до более низкой температуры (немного выше точки А1). Неполный отжиг доэвтектоидных сталей применяют для улучшения обрабатываемости их резанием. При неполном отжиге происходит частичная перекристаллизация стали вследствие перехода перлита в аустенит. Такой отжиг конструкционных легированных сталей проводится при 750770 °С с последующим охлаждением со скоростью 3060 °С/ч (чем выше легированность стали, тем медленнее охлаждение) до 600 °С, далее на воздухе.
Неполный отжиг широко применяют для заэвтектоидных углеродистых и легированных сталей. В этих сталях проводят нагрев до температуры лишь немного выше точки А1 (обычно на 1030 °С), что вызывает практически полную перекристаллизацию и позволяет получить зернистую (сфероидальную) форму перлита вместо пластинчатой. Такой отжиг называют сфероидизацией. Частицы цементита, не растворившегося при нагреве, или области аустенита с повышенной концентрацией углерода за счет неполной его гомогенизации после растворения цементита служат центрами кристаллизации для цементита, выделяющегося при последующем охлаждении до температуры ниже точки А1 и принимающего в этом случае зернистую форму.
Стали, близкие к эвтектоидному составу, имеют узкий интервал температур нагрева (750760 °С) для отжига на зернистый цементит, для заэвтектоидных углеродистых сталей интервал расширяется до 770790 °С. Легированные заэвтектоидные стали для получения зернистых карбидов можно нагревать до более высоких температур и в более широком интервале (770820 °С).
Охлаждение при сфероидизации медленное. Оно должно обеспечить распад ауетенита на ферритно-карбидную структуру, сфероидизацию и коагуляцию образовавшихся карбидов при охлаждении до 620680 °С. Чаще применяют изотермический отжиг, требующий меньше времени. В этом случае сталь медленно охлаждают (3050 °С/ч) до 620680 °С. Выдержка при постоянной температуре, необходимая для распада переохлажденного аустенита и коагуляции карбидов, составляет 13 ч в зависимости от массы отжигаемого металла. Последующее охлаждение проводят на воздухе.
Сталь с зернистым перлитом имеет более низкую твердость, временное сопротивление и соответственно более высокие значения относительно удлинения и сужения. Например, эвтектоидная сталь с пластинчатым перлитом имеет твердость 228 НВ, а с зернистым перлитом 163 НВ и соответственно временное сопротивление 820 и 630 МПа, относительное удлинение 15 и 20 %. После отжига на зернистый перлит эвтектоидные и заэвтектоидные стали обладают наилучшей обрабатываемостью резанием, т. е. возможно применение больших скоростей резания и достигается высокая чистота поверхности.
Отжигу на зернистый перлит подвергают также тонкие листы и прутки из низко- и среднеуглеродистой стали перед холодной штамповкой или волочением для повышения пластичности.

6.4. Нормализация.
Нормализация заключается в нагреве доэвтектоидной стали до температуры, превышающей точку АС3 на 4050 °С, заэвтектоидной стали до температуры выше точки АСm также на 4050 °С, в непродолжительной выдержке для прогрева садки и завершения фазовых превращений и охлаждения на воздухе. Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали и устраняет крупнозернистую структуру, полученную при литье при прокатке, ковке или штамповке. Нормализацию широко применяют для улучшения свойств стальных отливок вместо закалки и отпуска.
Ускоренное охлаждение на воздухе (см. рис. 37. б, кривая 2) приводит к распаду аустенита при более низких температурах, что повышает дисперсность ферритно-цементитной структуры и увеличивает количество перлита или, точнее, сорбита или троостита. Это повышает прочность и твердость нормализованной средне- и высокоуглеродистой стали по сравнению с отожженной.
Нормализация горячекатаной стали повышает ее сопротивление хрупкому разрушению, что характеризуется снижением порога хладноломкости и повышением работы развития трещины.
Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали. Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига. При повышении твердости нормализация обеспечивает большую производительность при обработке резанием и получение более чистой поверхности. Для отливок из среднеуглеродистой стали нормализацию с высоким отпуском применяют вместо закалки и высокого отпуска. В этом случае механические свойства несколько ниже, но детали будут подвергнуты меньшей, деформации по сравнению с получаемой при закалке, и вероятность появления трещин практически исключается.

6.5. Закалка.
6.5.1. Выбор температуры.
Закалкой называется процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали до температуры выше критической и последующем достаточно быстром охлаждении для получения пересыщенного твердого раствора с искаженной решеткой (мартенсита). В результате закалки прочность и твердость стали повышаются, а пластичность снижается.
Температуру нагрева при закалке углеродистых сталей выбирают по левой нижней части диаграммы железо – цементит (рис. 39).
Различают полную и неполную закалку стали. При полной закалке сталь нагревается на 30–50° выше критической точки АС3. Доэвтектоидные стали обязательно подвергают полной закалке, т. е. нагревают до полного перехода феррито-перлитной структуры в аустенитную. При последующем охлаждении со скоростью выше критической сталь приобретает структуру мартенсита.

Рис. 40. Структурные превращения в доэвтектоидной стали при закалке:
а – полная закалка; б – неполная закалка.



Рис. 41. Структурные превращения в заэвтектоидной стали при закалке: а – неполная закалка; б – полная закалка

Недогрев доэвтектоидной стали до точки АС3 приводит к сохранению в структуре закаленной стали наряду с мартенситом некоторого количества феррита и, следовательно, к заниженным механическим свойствам после закалки. Такую закалку называют неполной, и для доэвтектоидной стали она является пороком (рис. 40, б).
При неполной закалке заэвтектойдной стали (нагрев выше точки АС1, но ниже точки Асm) оставшийся нерастворенным цементит повышает твердость стали после закалки, так как является упрочняющей фазой. Если заэвтектоидную сталь нагреть выше линии Асm, то в ее структуре будет крупноигольчатый мартенсит с повышенным количеством остаточного аустенита (рис. 41, б). Таким образом, если для доэвтектоидных сталей неполная закалка является дефектом, то для заэвтектоидных – основным видом закалки.

6.5.2. Охлаждающие среды.
Скорость охлаждения стали, нагретой до температуры закалки, влияет на результат закалки. Оптимальной закалочной средой является та среда, которая быстро охлаждает деталь в интервале температур минимальной устойчивости аустенита (550–650° С), чтобы предупредить его распад на феррито–цементитную смесь, и замедленно – в интервале температур мартенситного превращения (ниже 200–300° С), чтобы обеспечить одновременность мартенситообразования во всех зонах охлаждаемой детали и этим снизить опасность образования трещин.
Наиболее распространенными закалочными средами являются вода, водные растворы солей, щелочей, масло, расплавленные соли.
Вода охлаждает быстрее, чем масло (в 6 раз при 550–650° С и в 28 раз при 200° С). Поэтому воду применяют для охлаждения деталей из сталей с большой критической скоростью закалки (углеродистые стали), а в масле охлаждают детали из стали с малой критической скоростью закалки (легированные стали).
Недостатком воды является большая скорость охлаждения при пониженных температурах, что вызывает неодновременность образования мартенсита в разных зонах охлаждаемой детали, приводит к появлению больших структурных напряжений и создает опасность возникновения трещин.
При нагреве воды ее закаливающая способность снижается в области высоких температур (550–650° С), а скорость охлаждения в области температур мартенситного превращения остается высокой. Поэтому охлаждение в горячей воде не уменьшает возможности образования трещин. Добавление к воде солей и щелочей (8–12%-ные водные растворы NaСl и NaОН) значительно увеличивает ее закаливающую способность в связи с расширением интервала пузырчатого кипения (почти полностью исключается стадия пленочного кипения). Положительным является также то, что эти растворы при низких температурах мартенситного превращения охлаждают медленнее, чем вода. При поверхностной и объемной закалках применяют струйное или душевое охлаждение.
Масло обладает небольшой скоростью охлаждения в области температур мартенситного превращения, что обеспечивает одновременность мартенситообразования, и поэтому опасность образования трещин резко уменьшается. Кроме того, закаливающая способность не изменяется с повышением температуры масла до 150° С. Но масло легко воспламеняется, пригорает к поверхности детали; под влиянием высокой температуры охлаждаемых деталей масло постепенно начинает густеть, и закаливающая способность его понижается.
В качестве охлаждающей среды при закалке используют также «кипящий» (псевдоожиженный) слой. Псевдоожижение заключается в интенсивном перемешивании частиц твердого зернистого материала (например, корунда, песка, руды, металлического порошка) восходящим потоком газа. При достаточной скорости газа твердые частицы приобретают подвижность и слой становится похожим на вязкую жидкость. Скорость охлаждения в кипящем слое зависит от размера частиц, теплопроводности газа и может быть отрегулирована в широких пределах. Для предохранения деталей сложной формы от коробления при закалке применяют охлаждение в специальных штампах и приспособлениях. Расплавленные соли применяют при ступенчатой и изотермической закалке.
6.5.3. Способы закалки.
Наиболее широко применяют закалку в одном охладителе. Такую закалку называют непрерывной. Во многих случаях, особенно для изделий сложной формы и при необходимости уменьшения деформации, применяют и другие способы закалки.


Рис. 42. Кривые охлаждения при различных способах закалки: а-непрерывная, б-прерывистая, в- закалка с самоотпуском, г- ступенчатая закалка, д- изотермическая.
Прерывистая закалка (в двух средах). Изделие, закаливаемое по этому способу, сначала быстро охлаждают в воде до температуры несколько выше точки Мн, а затем быстро переносят в менее интенсивный охладитель (например, в масло или на воздух), в котором оно охлаждается до 20 °С. В результате переноса во вторую закалочную среду уменьшаются внутренние напряжения, которые возникли бы при быстром охлаждении в одной среде (воде), в том числе и в области температур мартенситного превращения.
Закалка с самоотпуском. В этом случае охлаждение изделия в закалочной среде прерывают, с тем чтобы в сердцевине изделия сохранилось еще некоторое количество теплоты. Под действием теплообмена температура в более сильно охлаждающихся поверхностных слоях повышается и сравнивается с температурой сердцевины. Тем самым происходит отпуск поверхности стали (самоотпуск).

Закалку с самоотпуском применяют, например, для таких инструментов, как зубила, кувалды, слесарные молотки, керны, которые работают с ударными нагрузками и должны сочетать высокую твердость на поверхности с повышенной вязкостью в сердцевине.
Ступенчатая закалка. При выполнении закалки по этому способу сталь после нагрева до температуры закалки охлаждают в среде, имеющей температуру несколько выше точки Мн (обычно 180-250 °С), и выдерживают в ней сравнительно короткое время. Затем изделие охлаждают до нормальной температуры на воздухе. В результате выдержки в закалочной среде достигается выравнивание температуры по сечению изделия, но это не должно вызывать превращения аустенита с образованием бейнита.
Мартенситное превращение протекает при охлаждении на воздухе, но менее полно, чем при непрерывной закалке, вследствие чего сталь сохраняет больше остаточного аустенита. При ступенчатой закалке уменьшаются объемные изменения вследствие присутствия большого количества остаточного аустенита и коробление в результате протекания мартенситного превращения почти одновременно во всех участках изделия и опасность появления трещин. Ступенчатую закалку чаще применяют для инструмента из углеродистых сталей диаметром не более 8-10 мм.
Изотермическая закалка. Закалку по этому способу выполняют в основном так же, как и ступенчатую, но в данном случае предусматривается более длительная выдержка выше точки Мн. При такой выдержке происходит распад аустенита с образованием нижнего бейнита. Для углеродистых сталей изотермическая закалка не дает существенного повышения механических свойств по сравнению с получаемыми обычной закалкой и отпуском.
У большинства легированных сталей распад аустенита в промежуточной области не идет до конца. Если аустенит, не распавшийся при изотермической выдержке, не претерпевает мартенситного превращения при дальнейшем охлаждении, то сталь получает структуру: бейнит +10 - 20 % остаточного аустенита, обогащенного углеродом. При такой структуре достигается высокая прочность при достаточной вязкости. Для легированных сталей изотермическая закалка обеспечивает значительное повышение конструктивной прочности.
В качестве охлаждающей среды при ступенчатой и изотермической закалке чаще применяют расплавленные соли в интервале температур 150-500 °С, например 55 % КNO3 и 45 % NaNО2 (или NaNО3), а также расплавленные щелочи (20 % NaOH и 80 % КОН). Чем ниже температура соли (щелочи), тем выше скорость охлаждения в ней. Поскольку расплавленные соли охлаждаются только вследствие теплоотдачи, то охлаждающая способность их возрастает при перемешивании.

6.5.4. Закаливаемость и прокаливаемость стали.
Под закаливаемостью понимают способность стали повышать твердость в результате закалки. Закаливаемость стали определяется в первую очередь содержанием в стали углерода. Чем больше в мартенсите углерода, тем выше его твердость. Легирующие элементы оказывают относительно небольшое влияние на закаливаемость.
Под прокаливаемостью понимают способность стали получать закаленный слой с мартенситно или троосто-мартенситной структурой и высокой твердостью на ту или иную глубину. Прокаливаемость определяется критической скоростью охлаждения, зависящей от состава стали. Если действительная скорость охлаждения в сердцевине изделия будет превышать критическую скорость закалки Vк (рис. 43, 13 EMBED Equation.3 1415), то сталь получит мартенситную структуру по всему сечению и тем самым будет иметь сквозную прокаливаемость.
Если действительная скорость охлаждения в сердцевине будет меньше Vк (13 EMBED Equation.3 1415,13 EMBED Equation.3 1415), то изделие прокалится только на некоторую глубину а, а' и прокаливаемость будет неполной. В этом случае в сердцевине произойдет распад аустенита с образованием пластинчатой ферритно-карбидной структуры (троостита, сорбита или перлита).
За глубину закаленного слоя условно принимают расстояние от поверхности до полумартенситной зоны (50 % мартенсита + 50 % троостита). Диаметр заготовки, в центре которой после закалки в данной охлаждающей среде образуется полумартенситная структура, называют критическим диаметром Dk.
Полумартенситную зону принимают в качестве критерия прокаливаемости потому, что ее легко определить по микроструктуре, но еще проще по твердости. Твердость полумартенситной структуры зависит от содержания в стали углерода. Например, при 0,13-0,22 % С твердость полумартенситной структуры углеродистой стали 25 HRC, легированной - 30 HRC; при 0,28-0,32 % С соответственно 35 HRC и 40 HRC, при 0,43-0,52 % С - 45 HRC и 50 HRC и при 0,53-0,62 % С - 50 HRC и 55 HRC.
Прокаливаемость тем выше, чем меньше критическая скорость закалки, т. е. чем выше устойчивость переохлажденного аустенита.
Легированные стали вследствие более высокой устойчивости переохлажденного аустенита и соответственно меньшей критической скорости охлаждения (см. рис. 43, 13 EMBED Equation.3 1415и 13 EMBED Equation.3 1415) прокаливаются на большую глубину, чем углеродистые. Сильно повышают прокаливаемость марганец, хром, молибден и малые добавки бора (0,003-0,005 %).
Влияние прокаливаемости на механические свойства можно показать на примере. Заготовки из углеродистой стали с 0,45 % С, диаметром 10 мм прокаливаются в воде насквозь. После отпуска при 550 °С получается структура - сорбит отпуска. Для такой структуры характерны высокие механические свойства: (в=800 МПа; (0,2= 650 МПа;
· = 16 %; (= 50 % и KCU = 1 МДж/м2. При диаметре заготовки 100 мм и закалке в воде скорость охлаждения в сердцевине значительно меньше критической Vк, и там образуется структура из пластинчатого перлита и феррита. Эта структура обладает более низкими механическими свойствами: (в = 700 МПа; (0,2= 450 МПа;
· = 13 %; (=40 % и KCU = 0,5 МДж/м2. Для получения одинаковых и высоких механических свойств по всему сечению во многих случаях необходимо обеспечить в процессе закалки сквозную прокаливаемость.

6.5.5. Обработка стали холодом.
В закаленной стали, особенно содержащей более 0,4-0,5 % C, у которой точка Мk лежит ниже нуля, всегда присутствует остаточный аустенит. Аустенит понижает твердость, износостойкость и нередко приводит к изменению размеров деталей, работающих при низких температурах, в результате самопроизвольного превращения его в мартенсит.
Для уменьшения количества остаточного аустенита в закаленной стали применяют обработку холодом, заключающуюся в охлаждении закаленной стали до температур ниже нуля.
Понижение температуры до точки Мк (-30(-70 °С) для большинства сталей вызывает превращение остаточного аустенита в мартенсит, что повышает твердость HRC сталей с 0,8-1,1 % С на 1-3 единицы. Однако одновременно возрастают напряжения, поэтому изделия охлаждают медленно и сразу после обработки холодом выполняют отпуск.
Выдержка стали после закалки при нормальной температуре более 3-6 ч стабилизует аустенит и поэтому он менее полно превращается в мартенсит при дальнейшем охлаждении и уменьшает эффект обработки холодом. Поэтому обработку холодом выполняют сразу после закалки.
Обработку холодом используют главным образом для измерительных инструментов, для пружин и деталей из цементуемых высоколегированных сталей, сохраняющих много аустенита после закалки.


6.6. Поверхностная закалка.
При поверхностной закалке на некоторую (заданную) глубину закаливается только поверхностный слой, тогда как сердцевина изделия остается незакаленной.
Основное назначение поверхностной закалки: повышение твердости, износостойкости и предела выносливости обрабатываемого изделия. Сердцевина остается вязкой и воспринимает ударные нагрузки. В практике более часто применяют поверхностную закалку с индукционным нагревом током высокой частоты (ТВЧ).
Закалка с индукционным нагревом. Индукционный нагрев происходит вследствие теплового действия тока, индуктируемого в изделии, помещенном в переменное магнитное поле.
Для нагрева изделие устанавливают в индуктор (соленоид) представляющий собой один или несколько витков пустотелой водоохлаждаемой медной трубки или шины (рис. 44. а). Переменный ток, протекая через индуктор, создает переменное магнитное поле. В результате явления индукции в поверхностном слое возникают вихревые токи и в слое обрабатываемого изделия происходит выделение джоулевой теплоты.


Рис. 44. Индукционный нагрев:
а – схема индукционного нагрева; б – закалка; I – при одновременном нагреве всей обрабатываемой поверхности ; II – при непрерывно последовательном нагреве; 1 – деталь; 2 – индуктор; 3 – спрейер; 4 – силовые линии магнитного поля

Плотность индуктированного переменного тока по сечению проводника (нагреваемого изделия) неодинакова. Ток проходит в основном в поверхностном слое проводника. Это явление называется поверхностным эффектом.
Глубина закалки примерно равна глубине нагрева до температуры выше критической точки 13 EMBED Equation.3 1415, глубинные слои детали нагреваются ниже температур критических точек и при охлаждении не упрочняются. Глубина закалки определяется формулой 13 EMBED Equation.3 1415, где 13 EMBED Equation.3 1415 – частота тока, ( – магнитная проницаемость, ( – электрическое сопротивление. При необходимости повышения прочности сердцевины перед поверхностной закалкой деталь подвергают нормализации.
Для получения слоя толщиной 1 мм оптимальная частота тока составляет 50000–60000 Гц, для слоя толщиной 2 мм – 15000 Гц и для слоя толщиной 4 мм – всего ~ 4000 Гц.
Выбор оптимальной толщины упрочняемого слоя определяется условиями работы детали. Когда изделие работает только на износ или в условиях усталости, толщину закаленного слоя чаще принимают 1,5–3 мм, в условиях высоких контактных нагрузок и возможной перешлифовки – 4–5 мм. В случае особо больших контактных нагрузок, например для валков холодной прокатки, толщина закаленного слоя достигает 10–15 мм и выше.
После закалки с индукционным нагревом изделия подвергают низкому отпуску при 160–200 °С, нередко и самоотпуску. В этом случае при закалке охлаждение проводят не до конца, и в детали сохраняется некото-

рое количество теплоты, нагревающей закаленный слой до температур отпуска.
Для поверхностной индукционной закалки применяют стали, содержащие 0,4–0,5 % С (40, 45, 40Х, 45Х, 40ХН, и др.), которые после закалки имеют высокие твердость (НRC 50–60), сопротивляемость износу и не склонны к хрупкому разрушению.
Поверхностная закалка при нагреве лазером. Лазеры – это генераторы света (квантовые генераторы оптического диапазона). В основу их работы положено усиление электромагнитных колебаний с помощью индукционного излучения атомов (молекул). Лазерное излучение монохроматично, распространяется очень узким пучком и характеризуется чрезвычайно высокой концентрацией энергии. Для промышленных целей применяют наиболее часто СО2–лазеры непрерывно–волнового типа мощностью 0,5– 5 кВт. Применение лазеров для термической обработки основано на трансформации световой энергии в тепловую.
Под воздействием лазерного излучения за короткий промежуток времени (10-3 – 10-7 с) поверхность детали из стали или чугуна нагревается до очень высоких температур. Распространение теплоты в глубь металла осуществляется путем теплопроводности. После прекращения действия лазерного излучения происходит закалка нагретых участков, благодаря интенсивному отводу теплоты в глубь металла (самозакалка). Скорость охлаждения составляет 103–105 ( С/с.














Рис. 45. Схема нагрева лазером для поверхностной закалки:
а – схема расположения зон термического воздействия (D – диаметр зоны лазерного воздействия, S – шаг обработки, х –толщина упрочненного слоя); б – схема строения зоны упрочнения; 1 – зона плавления; 2 – зона термического влияния; 3 – зона не полной закалки; 4 – исходная структура; в – схема упрочнения плоской поверхности непрерывными лазерами с периодическим смещением детали с шагом Sп; г – обработка цилиндрической детали с постоянной осевой подачей Sп

В зависимости от плотности мощности лазерного излучения нагрев осуществляется как с расплавлением металла, так и без него. Критическая удельная мощность, выше которой происходит оплавление поверхности, составляет (2–6) 104 Вт/см2. Чем выше мощность излучения, меньше диаметр пятна и скорость перемещения, тем больше толщина упрочненного слоя. Наибольшая толщина слоя без оплавления стали не превышает 1,5–2,0 мм, а чугуна – 1,0–1,5 мм. При обработке с оплавлением толщина упрочненного слоя больше.
Структура по толщине зоны лазерного воздействия на среднеуглеродистых (0,35–0,45 % С) сталях включает (рис. 45, б):
1) зону плавления, состоящую чаще из дендритных кристаллов мартенсита, – Н800–850;
2) зону термического влияния (нагрев до температуры выше 13 EMBED Equation.3 1415), состоящую из белого нетравящегося слоя азотисто-углеродистого мартенсита с твердостью Н800; нижняя граница слоя определяется зоной неполной закалки (нагрев в интервале температур 13 EMBED Equation.3 1415–13 EMBED Equation.3 1415 со структурой мартенсит и феррит;
3) зону отпуска с пониженной твердостью (Н500–650);
4) зону исходной структуры и твердости.
Твердость после обработки лазером высокоуглеродистых сталей (У8, У10, ШХ15 и др.) достигает Н1000–1100.
Лазерная закалка – перспективный метод упрочнения сложных изделий, долговечность которых лимитируется износостойкостью и сопротивлением усталости, когда их закалка другими методами затруднена.


6.7. Отпуск.
Отпуском называется процесс термической обработки, заключающийся в нагреве закаленной стали до температуры не выше температуры в точке АС1 обусловливающей частичный или полный распад мартенсита, выдержке при заданной температуре и охлаждении обычно на воздухе (сталь, склонную к отпускной хрупкости, охлаждают в воде).
Отпуск является окончательной операцией термической обработки и проводится для повышения пластичности, снижения или почти полного устранения внутренних напряжений, уменьшения хрупкости закаленной стали, стабилизации структуры и размеров закаленных деталей. В зависимости от температуры нагрева отпуск делят на низкий, средний и высокий.
Низкий отпуск заключается в нагреве стали до температуры ниже 250° С и охлаждении для получения мартенсита отпуска и частичного снятия внутренних напряжений. В результате низкого отпуска сталь становится менее хрупкой, твердость и износостойкость сохраняются высокими (для сталей с содержанием 0,51,3% С HRC 5863), но если деталь не имеет вязкой сердцевины, то она не выдерживает динамических нагрузок. Поэтому низкому отпуску подвергают детали после термической обработки, приводящей к поверхностному упрочнению, для повышения твердости и износостойкости при сохранении высокого сопротивления динамическим нагрузкам из-за высокой пластичности сердцевины (т. е. после поверхностной закалки и процессов химико-термической обработкицементации, цианирования или нитроцементации). Низкому отпуску подвергают также режущий и измерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, детали подшипников качения, основными требованиями к которым являются высокая твердость и износостойкость.
Средний отпуск заключается в нагреве стали до температуры 350500° С и охлаждении для получения структуры троостита отпуска. В результате среднего отпуска твердость закаленной стали снижается до HRC 4050, тогда как предел упругости, имеющий после закалки стали наименьшее значение, достигает максимальной величины. Поэтому среднему отпуску подвергают пружины, рессоры и другие упругие элементы.
Высокий отпуск заключается в нагреве стали до температуры 500680° С и охлаждении для получения структуры сорбита отпуска. В результате высокого отпуска твердость закаленной стали снижается до НВ 250350, прочность снижается в 1,52 раза, в несколько раз увеличиваются пластичность и вязкость и почти полностью снимаются внутренние напряжения. По сравнению с механическими свойствами после отжига или нормализации сталь после закалки и высокого отпуска имеет более высокие прочность, пластичность и вязкость. Такой термической обработке, т. е. закалке стали на мартенсит с последующим высоким отпуском, называемой улучшением, часто подвергают детали из среднеуглеродистой конструкционной стали.
Низкий отпуск часто проводят в масляных ваннах. Для высокого отпуска используют электропечи; для равномерного нагрева применяют электропечи (шахтного типа) с циркуляцией нагретого воздуха с помощью вентилятора. В современных термических цехах массового производства для термической обработки применяют агрегаты непрерывного действия, состоящие из различного оборудования, в котором непрерывно осуществляются все виды термической обработки данной детали.
Кроме обычного отпуска используют также самоотпуск, при котором нагретая под закалку деталь охлаждается не полностью, чтобы остаточное, сохранившееся в детали тепло произвело отпуск. Такое совмещение в одну операцию закалки и отпуска называют закалкой с самоотпуском.

6.8. Дефекты стали при термической обработке.
К наиболее распространенным порокам, возникающим в стали при термической обработке, относятся обезуглероживание, пережог, перегрев, коробление, трещины и др.
Обезуглероживание выгорание углерода из поверхностных слоев изделия в процессе нагрева их под закалку в печах с окислительной атмосферой. Обезуглероживание приводит к ухудшению механических свойств поверхностного слоя детали. Для предотвращения обезуглероживания (а также и окалинообразования) при термической обработке нагрев деталей производится в печах с восстановительной и нейтральной атмосферой или в расплавленных металлических и соляных ваннах.
Перегрев связан с интенсивным ростом зерна аустенита при высоких температурах нагрева или длительной выдержке в печи при нормальной температуре нагрева. При закалке это приводит к возникновению повышенной хрупкости. Перегретая сталь может быть исправлена последующей термической обработкой по нормальному режиму.
Пережог окисление стали по границам зерен при высоких температурах нагрева в условиях окислительной среды. Пережженная сталь не может быть исправлена последующей термической обработкой.
Недостаточная твердость стали после закалки может быть связана с нагревом изделия из доэвтектоидной стали ниже точки АС3,. или недостаточной выдержкой при нормальной закалочной температуре. В том и другом случае произойдет неполная закалка стали. Пониженная твердость стали после такой закалки объясняется присутствием в структуре стали наряду с мартенситом и феррита. Пониженная твердость стали может быть вызвана также недостаточно интенсивным охлаждением; в этом случае не весь аустенит превращается в мартенсит, и в структуре стали наряду с мартенситом будут присутствовать другие закалочные структуры.
Коробление и трещины возникают под влиянием температурных и структурных внутренних напряжений. Появление температурных напряжений в стали при нагревании и охлаждении связано с неодинаковой скоростью изменения температуры по сечению, что приводит к неодновременному изменению объема отдельных участков детали. Структурные напряжения возникают при фазовых превращениях, сопровождающихся увеличением объема (особенно при превращении аустенита в мартенсит). Внутренние напряжения вызывают искажение внешней формы деталей (поводка, коробление). Если напряжения превышают предел прочности материала, то это может вызвать разрушение (трещины) деталей. Следует иметь в виду, что чем выше прокаливаемость стали, тем больше склонность к образованию трещин. С повышением содержания углерода чувствительность стали к возникновению трещин возрастает.

Структурные изменения, происходящие в металле при термической обработке, вызывают изменение объема (деформацию), а неравномерность охлаждения - искажение внешней формы (коробление). Например, наибольший объем из структур имеет мартенсит, поэтому при закалке с получением мартенситной структуры будет увеличиваться объем детали. Коробление может происходить без изменения объема (под влиянием термических напряжений) и с изменением объема (под влиянием структурных напряжений). Для первого случая характерным является деформация деталей из железа после многократного нагрева ниже температуры в критической точке и охлаждения; форма деталей будет приближаться к форме шара (рис. 46, а). Для второго случая характерным является деформация стальных деталей после многократной закалки на мартенсит (рис. 46, б). У детали кубической формы грани выгибаются к центру. У цилиндрической детали длина увеличивается, а у детали в форме диска толщина уменьшается. Таким образом, форма различных деталей под влиянием структурных напряжений изменяется иначе, чем под влиянием термических напряжений.

Уменьшение коробления достигается также правильным способом погружения детали в охлаждающую жидкость (рис. 47), например, длинные стержневые детали необходимо охлаждать в вертикальном положении, закаливать в закалочных машинах и штампах и др. Коробление детали исправляют правкой или рихтовкой.


Вопросы для повторения раздела.
1. От чего зависит время нагрева деталей?
2. Опишите методы защиты от воздействия окружающей среды.
3. Укажите разновидности отжига и их цель.
4. Установите температуру полного отжига стали, содержащей 0,45% С.
5. Как изменится величина зерна после полного отжига?
6. В каких случаях применяют нормализацию?
7. По диаграмме Fe – Fe3C определите температуру закалки доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей.
8. Укажите способы закалки и их применение.
9. Что такое закаливаемость и прокаливаемость стали?
10. Какая сталь прокалится на большую глубину: 1. 0,4% С 2. 0,4% С, 1% Cr и 1% Ni?
11. Какую структуру должна иметь сталь после изотермической закалки?
12. Для каких деталей рекомендуется поверхностная закалка при индукционном и лазерном нагреве?
13. Назначьте режим отпуска для сверла из стали, содержащей 1,1% С и шатуна из стали с 0,4% С.



7. Химико-термическая обработка стали.
Химико-термической обработкой называют поверхностное насыщение стали соответствующим элементом (например, углеродом, азотом, алюминием, хромом и др.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды при высокой температуре. В отличие от термической обработки химико-термическая обработка меняет не только структуру, но и химический состав поверхностных слоев, что позволяет в более широких пределах изменять его свойства. При химико-термической обработке в отличие от термической обработки изменяется не только строение, но и химический состав поверхностного слоя.
Процесс химико-термической обработки состоит из трех элементарных стадий: 1) выделение диффундирующего элемента в атомарном состоянии благодаря реакциям, протекающим во внешней среде; 2) контактирование атомов диффундирующего элемента с поверхностью стального изделия и проникновение (растворение) их в решетку железа (абсорбция); 3) диффузия атомов насыщающего элемента в глубь металла.
Для стальных деталей применяют насыщение углеродом (цементация), азотом (азотирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование), алюминием (алитирование).


7.1. Цементация.
Это процесс насыщения поверхностного слоя углеродом с целью получения твердой износостойкой поверхности и мягкой, вязкой сердцевины.
Вязкая сердцевина хорошо сопротивляется ударному и знакопеременному нагружению. Цементацию применяют для деталей типа: зубчатые колеса, валы, пальцы, кулачки, червяки и др.
Для цементации применяют широко распространенные недефицитные, дешевые низкоуглеродистые стали с 0,15ч0,25%С не поддающееся закалке.
После цементации такие стали идут взамен дорогостоящих, дефицитных, легированных.
Исходную среду для цементации называют карбюризатором. В основном применяют два способа цементации:
в твердом карбюризаторе;
в газовой среде.
Оба процесса идут в газовой фазе. Твердый карбюризатор состоит из древесного угля с добавкой 20-25% углекислого бария BaCO3 и 3-5% Na2CO3. BaCO3 – для интенсификации процесса цементации. Na2CO3 (сода) – для предотвращения спекания карбюризатора. Детали укладывают в стальной ящик на расстоянии не менее 25 мм друг от друга и стенок. Ящик помещают в печь с температурой 910-930°С. При нагреве уголь взаимодействует с кислородом воздуха в контейнере с образованием оксида углерода СО:
2С+О22СО
Цементация осуществляется газом, образующемся в цементационном ящике. Кроме того оксид углерода образуется в результате разложения солей и реакции с углем:
BaCO3BaO+CO2
CO2+C2CO
На поверхности детали идет процесс цементации за счет реакции диссоциации и образования атомарного углерода:
2СОСО2+Сат
В результате Сат адсорбируется поверхностью детали, находящейся в аустенитном состоянии, а СО2 взаимодействуя с углем, образует новые порции СО:
СО2+С2СО
При газовой цементации в качестве карбюризатора используется разбавленный природный газ, состоящий почти полностью из метана
СН42Н2+Сат
Газы карбюризатора диссоциируют с выделением атомарного С. Основной реакцией, обеспечивающей науглероживание при газовой цементации, является диссоциация окиси углерода или метана:
2СОСО2+Сат или
СН42Н2+Сат;
Сат
·Fe=аустенит
·Fe (С)
Преимущества газовой цементации:
сокращение длительности в 3-4 раза;
легкая регулировка (механизация, автоматизация);
упрощение термической обработки.
Структура цементованного слоя












Степень цементации – характеризует среднее содержание углерода в поверхностном слое, 0,8ч1,0%С. Толщина цементованного слоя колеблется в пределах 1ч3,0 мм, время выдержки 6ч12 часов.
После цементации детали подвергают окончательной термической обработке, состоящей из закалки и низкого отпуска.
Окончательная структура:
на поверхности М+Цзерн (HRC=60-65);
в сердцевине Ф+П.
Нагрев до температуры цементации 7ч9 мин на каждый сантиметр линейного размера ящика. После цементации ящики охлаждают на воздухе до 400ч500°С и затем раскрывают.





















– древесный уголь +40%BaCO3;
– древесный уголь.

Задача цементации – получить высокую НВ и износостойкость при вязкой сердцевине – не решается одной цементацией. Цементацией достигается лишь выгодное распределение углерода по сечению. Последующая закалка с получением мартенсита на поверхности и с сохранением низкой твердости и высокой вязкости сердцевины, является операцией, окончательно формирующей свойства цементованной детали.


7.1.1. Термическая обработка стали после цементации и свойства цементованных сталей.
Термической обработкой можно исправить структуру путем измельчения зерна сердцевины и цементованного слоя, увеличиваеющихся во время длительной выдержки при цементации; получить высокую твердость в цементованном слое и хорошие механические свойства сердцевины, устранить цементитную сетку в цементованном слое.
После газовой цементации закаливают без повторного нагрева, непосредственно из цементованной печи после подстуживания изделий до 840ч860°С. Такая обработка не исправляет структуры цементованного слоя и сердцевины. Используют для наследственно мелкозернистой стали.
После цементации в твердом карбюризаторе термическая обработка состоит из двойной закалки и отпуска (рис. 49). Первая – 880-900°С для исправления структуры сердцевины, т.к. получим из феррито-перлитной структуры мелкозернистый аустенит. Кроме того, при нагреве в поверхностном слое в аустените растворяется цементитная сетка, которая уже вновь не образуется при быстром охлаждении. Вторая закалка – 760-780°С – для устранения перегрева цементованного слоя (измельчение зерна) и придание ему высокой твердости (поверхностный слой – заэвтектоидная сталь).
Структура после закалки мартенсит и небольшое количество цементита. Низкий отпуск переводит Мзак в Мотп. Твердость поверхностного слоя для углеродистой стали составляет HRC 60-65, для легированных HRC 58-61 (больше Аост).
Термическая обработка после цементации в твердом карбюризаторе состоит ,ольше ,jkmit х истой стали составляет (измельчение зерна) ся при быстром охлажднии.А. чи послеаетсй свойстватью из метана цириз двух последовательных закалок и низкого отпуска.

Рис. 49. Схема режимов термообработки после цементации.
III – для снятия напряжений, возникающих при закалке и для придания закаленному высокоуглеродистому слою некоторой пластичности.


7.2. Азотирование стали.
Азотированием называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя азотом при нагреве стали в аммиаке NH3. Азотирование применяется для повышения износостойкости, сопротивление коррозии и предела выносливости деталей машин (коленчатые валы, гильзы цилиндров, червяки, валки и др.).
До азотирования детали подвергают закалке и высокому отпуску на сорбит и чистовой обработке. После азотирования детали никакой термической обработке не подвергаются, а только шлифуются или полируются.
Защита участков, не подлежащих азотированию, нанесение тонкого слоя олова (Sn) или жидкого стекла (0,01ч0,015мм). Олово при температуре азотирования расплавляется на поверхности стали в виде тонкой, непроницаемой для азота пленки.
Чем выше температура азотирования, тем ниже твердость азотированного слоя и больше его толщина. Снижение твердости связано с коагуляцией нитридов легирующих элементов.
Азотированию подвергаются среднеуглеродистые легированные стали, содержащие Cr, Mo, Al, V, Ti. Например сталь 38Х2МЮА.
Это связано с тем, что легирующие элементы входят во взаимодействие с атомарным азотом, образуя твердые частицы на поверхности - нитриды Cr2N; Mo2N; AlN; VN, которые и увеличивают твердость поверхности.
Технология: Обычное азотирование проводят при 500(600(С, через который пропускают аммиак, который диссоциирует по реакции: 2NH3(2Nат+3H2. Образовавшийся Nат диффундирует в металл.
Процесс азотирования весьма длительная операция. Так для получения толщины азотируемого слоя 0,5 мм время выдержки при 500(520(С равно 55 часов. Обычно при азотировании желательно иметь слой 0,3(0,6 мм. По сравнению с цементацией азотируемый слой более твердый (HRC 72). При азотировании детали работают до 550(600(С, а при цементации максимум 220(С. Структура: поверхность – нитриды и сорбит, сердцевина – сорбит. Недостаток – длительность процесса.
Строение цианированного слоя аналогично цементуемому, но он обладает более высокой износостойкостью и пределом выносливости ((-1).


7.3. Цианирование сталей.
Под цианирование понимают процесс одновременного насыщение стали азотом и углеродом.

Цианирование проводят в твердых, жидких и газообразных (нитроцементация) средах. Производительность цианирования и качество поверхности выше, чем при цементации.
Различают:
низкотемпературное цианирование температура 570(С – карбонитрация (тенифер-процесс)
среднетемпературное цианирование температура 820(860(С
высокотемпературное цианирование температура 930(950(С
Нитроцементация – процесс диффузионного насыщения поверхности стали, содержащей (0,2% - 0,4% С) азотом и углеродом из газовой фазы.
Преимущества:
азот способствует диффузии углерода, поэтому температура 850( С и получается такое же науглероживание, как при цементации.
уменьшается рост зерна и закалку можно проводить сразу после нитроцементации и давать низкий отпуск (160(180(С) HRC 5864. Средой является смесь цементующего газа (природный +3(5% NH3). Время выдержки – 410 часов. Толщина слоя 0,2(0,8 мм.
В поверхностном слое образуется карбонитриды, этот слой хорошо сопротивляется износу и коррозии.
Структура нитроцементованого слоя: М+Аост+карбонитриды. Нитроцементация используется для упрочнения поверхностей не шлифуемых деталей на автотракторных заводах.
Одновременное насыщение азотом и углеродом проводят при температуре 820((860( в расплавленных слоях, содержащих цианистый Na.
Состав ванны:
20(25% NaCN, 25(50% NaCl, 25(50% Na2CO3 за 1 час выдержки получают слой толщиной 0,15(0,3 мм который после закалки из ванны и отпуска при 200(С дает HRC 58(62. Длительность процесса 30(90 мин.
Нейтральные соли NaCl и Na2CO3 добавляют для повышения температуры плавления, что снижает испарение дорогих и ядовитых солей. Недостаток цианирования - ядовитость.
Применение: для повышения стойкости быстрорежущего инструмента после закалки и высокого отпуска проводят карбонитрацию.
Режимы: температура расплава 530((570(С, время выдержки (() – 5..30 мин.
Преимущества: не ядовитость, сокращение времени, малая деформация и коробление.


7.4. Диффузионная металлизация.
Для многих деталей теплоэнергетики требуются жаростойкие покрытия. Их поверхность должна хорошо сопротивляться окислению в рабочей среде при высоких температурах.
Алитирование – это процесс насыщения поверхности стали алюминием. В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость, до (900(С), так как на поверхности изделия образуется плотная пленка Al2O3, предохраняющая металл от окисления. Кроме того алитируемый слой обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере и морской воде.
Концентрация алюминия в поверхностном слое до 30%, толщина слоя 0,2(1 мм, твердость HV 500, износостойкость – низкая. Применение: клапаны, разливочные ковши, чехлы термопар, детали газогенераторных машин.
Хромирование – насыщение поверхности стальных изделий хромом. Хромирование увеличивает стойкость против газовой коррозии (окалиностойкость) до 800(С, коррозионную стойкость: в воде, морской воде и азотной кислоте, твердость и износостойкость HV 1200(1300.
Для деталей, работающих в агрессивных средах хромированный слой должен иметь толщину 0,1(0,15 мм, для деталей, работающих в условиях сильного износа, 0,03 мм.
Хромирование применяют для деталей паросилового оборудования, клапанов, вентилей, патрубков.
Силицирование – насыщение поверхности стали кремнием с целью придания стали высокой коррозионостойкости в HCl, HNO3, H2SO4 и в морской воде.
Процесс ведут при 900(1000(С в течении 2(5 часов, глубина слоя 0,3 – 1,0 мм, содержание Si=14%, образующаяся пленка SiO2 предохраняет от дальнейшего окисления. Силицированный слой отличается повышенной пористостью. Несмотря на низкую тведость (HV 200-300), силицированный слой обладает высокой износостойкостью после пропитки маслом при 200°С.
Вопросы для повторения раздела.
1. Чем отличается химико-термическая обработка от термической обработки стали?
2. Какова цель цементации и азотирования?
3. Укажите структуру и температуры эксплуатации деталей после цементации и азотирования.
4. При каких температурах проводится цементация?
5. Какая термообработка и зачем проводится после цементации?
6. Что понимают под диффузионной металлизацией?

8. Конструкционные стали.
Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали), конструкций и сооружений (строительные стали).


8.1. Классификация конструкционных сталей.
Стали классифицируют по химическому составу, качеству, степени раскисления, структуре, прочности и назначению.
По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные. В зависимости от концентрации углерода те и другие подразделяют на низкоуглеродистые (< 0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3 - 0,7% С) и высокоуглеродистые (> 0,7% С). Легированные стали в зависимости от введенных элементов подразделяют на хромистые, марганцовистые, хромоникелевые, марганцевые и многие другие. По количеству введенных элементов их разделяют на низко-, средне- и высоколегированные. В низколегированных сталях количество легирующих элементов не превышает 5 %, в среднелегированных содержится от 5 до 10 %, в высоколегированных более 10 %.
По качеству стали классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные. Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей серы и фосфора. Газы являются скрытыми, количественно трудно определяемыми примесями, поэтому нормы содержания вредных примесей служат основными показателями для разделения сталей по качеству. Стали обыкновенного качества содержат до 0,050 % S и 0,040 % P: качественные не более 0,04 % S и 0,035 % Р, высококачественные не более 0,025 % S и 0,025 % Р, особо высококачественные не более 0,015 % S и 0,025 % Р.
По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.
Раскисление процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый для предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.
Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только марганцем. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании, частично взаимодействуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатление кипения стали, с чем и связано ее название. Кипящие стали дешевы, их производят низкоуглеродистыми и практически без кремния (Si
· 0,07%), но с повышенным количеством газообразных примесей.
Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.
При классификации стали по структуре учитывают особенности ее строения в отожженном и нормализованном состояниях. По структуре в отожженном (равновесном) состоянии конструкционные стали разделяют, на четыре класса: доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит; эвтектоидные, структура которых состоит из перлита; аустенитные и ферритные.
Углеродистые стали могут быть первых двух классов, легированные – всех классов.


8.2. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей.
Стали сложные по составу железо-углеродистые сплавы. Кроме железа и углерода основных компонентов, а также возможных легирующих элементов стали содержат некоторое количество постоянных и случайных примесей, влияющих на их свойства.
Углерод, концентрация которого в конструкционных сталях достигает 0,8 %, оказывает определяющее влияние на их свойства. Степень его влияния зависит от структурного состояния стали, ее термической обработки.
После отжига углеродистые конструкционные стали имеют ферритно-перлитную структуру, состоящую из двух фаз феррита и цементита. Количество цементита, который отличается высокой твердостью и хрупкостью, увеличивается пропорционально концентрации углерода. В связи с этим, по мере повышения содержания углерода, возрастает прочность и твердость, но снижаются пластичность и вязкость (рис. 50). Кроме того, углерод заметно повышает верхний порог хладноломкости, расширяя тем самым температурный интервал перехода стали в хрупкое состояние. Каждая 0,1 % С повышает верхнюю границу этого перехода примерно на 20°С. При 0,4 % С порог хладноломкости равен 0°С, при большей концентрации углерода эта температура достигает 20 °С; такие стали менее надежны в работе.
Углерод изменяет технологические свойства стали. При увеличении его содержания снижается способность сталей деформироваться в горячем и особенно в холодном состояниях, затрудняется свариваемость.
Постоянные примеси в стали: Mn, Si, S, P, а так же газы О2, N2, H2.
Марганец полезная примесь; вводится в сталь для раскисления и остается в ней в количестве 0,3 - 0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние серы и кислорода.
Кремний полезная примесь; вводится в сталь в качестве активного раскислителя и остается в ней в количестве до 0,4%, оказывая упрочняющее действие.
Сера вредная примесь, вызывающая красноломкость стали хрупкость при горячей обработке давлением. В стали она находится в виде сульфидов. Красноломкость связана с наличием сульфидов FeS, которые образуют с железом эвтектику, отличающуюся низкой температурой плавления (988 °С) и располагающуюся по границам зерен. При горячей деформации границы зерен оплавляются, и сталь хрупко разрушается.
От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфид MnS, исключающий образование легкоплавкой эвтектики.
Устраняя красноломкость, сульфид MnS, так же как и другие неметаллические включения (оксиды, нитриды и т.п.), служат концентраторами напряжений, снижают пластичность и вязкость сталей. Содержание серы в стали строго ограничивают. Положительное влияние серы проявляется лишь в улучшении обрабатываемости резанием.
Фосфор вредная примесь. Он растворяется в феррите, упрочняет его, но вызывает хладноломкость снижение вязкости по мере понижения температуры. Сильное охрупчивающее действие фосфора выражается в повышении порога хладноломкости. Каждая 0,01% Р повышает порог хладноломкости на 25°С. Хрупкость стали, вызываемая фосфором, тем выше, чем больше в ней углерода.
Фосфор крайне нежелательная примесь в конструкционных сталях. Современные методы выплавки и переплавки не обеспечивают его полного удаления, поэтому основной путь его снижения повышение качества шихты.



Кислород, азот и водород вредные скрытые примеси. Их влияние наиболее сильно проявляется в снижении пластичности и повышении склонности стали к хрупкому разрушению.
Кислородные включения способствуют красно- и хладноломкости, снижают прочность.



8.3. Углеродистые стали.
На долю углеродистых сталей приходится 80 % от общего объема. Это объясняется тем, что углеродистые стали дешевы и сочетают удовлетворительные механические свойства с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением. При одинаковом содержании углерода по обрабатываемости резанием и давлением они значительно превосходят легированные стали. Однако углеродистые стали менее технологичны при термической обработке. Из-за высокой критической скорости закалки углеродистые стали охлаждают в воде, что вызывает значительные деформации и коробление деталей.
Главный недостаток углеродистых сталей небольшая прокаливаемость (до 12 мм), что существенно ограничивает размер деталей, упрочняемых термической обработкой.
Углеродистые конструкционные стали выпускают двух видов: обыкновенного качества и качественные.


8.3.1. Углеродистые стали обыкновенного качества.
Эти стали преимущественно используют в строительстве как наиболее дешевые, технологичные и обладающие прочностью, достаточной для изготовления металлоконструкций различного назначения.
Стали обыкновенного качества поставляют горячекатаными в виде проката (прутки, листы, уголки, швейлеры, трубы и т.п.). Для этих сталей марки, химический состав и степень раскисления при выплавке регламентирует ГОСТ 380 - 94.
Стали маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки. Степень раскисления обозначают добавлением в спокойных сталях букв «сп», в полуспокойных «пс», в кипящих «кп». Например, СтЗсп, СтЗпс, СтЗкп. Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1 – Ст6, кипящими Ст1 – Ст4. Сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют, в этой стали указывают только содержание углерода (С
· 0,23%), серы (S
· 0,06 %) и фосфора (Р
· 0,07 %). В остальных марках регламентировано содержание С, Mn, Si, S и Р.


Для всех сталей, кроме Ст0, справедлива следующая формула: С (%)
·
· 0,0713 EMBED Equation.3 1415 номер марки. Так, в стали СтЗ содержание С
· 0,0713 EMBED Equation.3 1415 3
· 0,21 % (фактически 0,14 - 0,22 %).
Три марки стали производят с повышенным (0,80 - 1,1 %) содержанием марганца, на что указывает буква «Г» в марке: СтЗГпс, СтЗГсп, Ст5Гпс.
Содержание кремния зависит от способа раскисления стали: у кипящих не более 0,05 %, у полуспокойных не более 0,15 %, у спокойных не более 0,30%.
Более надежны спокойные стали, имеющие более низкий порог хладноломкости t50. Так, для сталей СтЗсп, СтЗпс b СтЗкп он составляет –20; –10 и 0 °С соответственно.
С повышением условного номера марки стали возрастает предел прочности (
·в) и текучести (
·0,2) и снижается пластичность (
·,
·,). Наиболее распространенная сталь СтЗсп имеет
·в = 380 ч 490 МПа,
·0,2 = 210 ч 250 МПа и
· = 25 ч 22 %, а Ст5сп
·в = 500 ч 640 МПа,
·0,2 = 240 ч 280 и
· = 20 ч 17. Чем больше толщина проката, тем ниже
·в,
·0,2,
· и
·.
Из сталей обыкновенного качества изготовляют горячекатанный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Стали в состоянии поставки широко применяют в строительстве для сварных, клепаных и болтовых конструкций, реже для изготовления малонагруженных деталей машин (валы, оси, зубчатые колеса и т.д.).
Кипящие стали (Ст1кп, Ст2кп, СтЗкп), содержащие повышенное количество кислорода, имеют порог хладноломкости на 3040 °С выше, чем стали спокойные (Ст1сп, Ст2сп, СтЗсп и др.). Поэтому для ответственных сварных конструкций, а также работающих при низких климатических температурах применяют спокойные стали (Ст1сп, Ст2сп, СтЗсп).


8.3.2. Углеродистые качественные стали.
Эти стали характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества, содержанием вредных примесей и неметаллических включений. Их поставляют в виде проката, поковок и других полуфабрикатов с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Маркируют их двухзначными числами: 08, 10, 15, 20, , означающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050-88). Например, сталь 10 содержит в среднем 0,10 % С, сталь 45 - 45% С и т.д.
Низкоуглеродистые стали (содержание углерода < 0,25 %) 05кп, 08, 10, 10кп обладают невысокой прочностью и высокой пластичностью.
·в = 330 ч 340 МПа,
·0,2 = 200 ч 210 и
· = 33 ч 31 %. Эти стали без термической обработки применяют для малонагруженных деталей. Тонколи-

стовую холоднокатаную низкоуглеродистую сталь используют для холодной штамповки изделий.
Стали 15, 15кп, 20, 25 (
·в = 380ч460 МПа,
·0,2 = 230 ч 280 МПа и
· = 27ч23 %) чаще применяют без термической обработки или в нормализованном состоянии.
Низкоуглеродистые качественные стали используют и для ответственных сварных конструкций, а также для деталей машин, упрочняемых цементацией.
Среднеуглеродистые стали (0,30,5 % С) 30, 35, 40, 45, 50, 55 применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для самых разнообразных деталей во всех отраслях машиностроения. Эти стали в нормализованном состоянии по сравнению с низкоуглеродистыми имеют более высокую прочность при более низкой пластичности (
·в = 500 ч 610 МПа,
·0,2 = 360 МПа,
· = 21ч16 %). Стали в отожженном состоянии хорошо обрабатываются резанием. Наиболее легко обрабатываются доэвтектоидные стали со структурой пластинчатого перлита. После улучшения стали 40, 45, 50 имеют следующие механические свойства:
·в = 600 ч 700 МПа,
·0,2 = 400 ч ч 600 МПа,
· = 50 ч 40 % и KCU = 0,4 ч 0,5 МДж/м2. Прокаливаемость сталей невелика; критический диаметр после закалки в воде не превышает 1012 мм (95 % мартенсита). В связи с этим их следует применять для изготовления небольших деталей или более крупных, но не требующих сквозной прокаливаемости. Для повышения прокаливаемости стали добавочно легируют марганцем (40Г, 50Г).
Стали с высоким содержанием углерода (0,60,85 % С) 65, 70, 80 и 85 обладают повышенной прочностью, износостойкостью и упругими свойствами; применяют их после закалки и отпуска, нормализации и отпуска и поверхностной закалки для деталей, работающих в условиях трения при наличии высоких статических вибрационных нагрузок. Из этих сталей изготавливают пружины и рессоры, шпиндели, замковые шайбы, прокатные валки и т. д.
Вопросы для повторения раздела.
1. Как классифицируются конструкционные стали?
2. Опишите влияние углерода на механические свойства сталей.
3. Как влияют постоянные примеси на свойства сталей?
4. Запишите марки сталей, относящихся к сталям обыкновенного качества и конструкционным качественным.
5. Какие стали, по способу раскисления, можно использовать при температурах –30є С?
6. Каким требованиям должна отвечать сталь для холодной штамповки?
7. В каких случаях используются среднеуглеродистые стали?

9. Структура и свойства чугунов.
Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14% углерода. В машиностроении чугун является одним из основных литейных материалов, что объясняется прежде всего его хорошими литейными и прочностными свойствами. Он не подвергается обработке давлением. Главным фактором, определяющим свойства, а, следовательно, и область применения чугуна, является его структура, которая может быть разнообразной.
По структуре чугуны делят на белые, серые, ковкие и высокопрочные.
9.1. Белые чугуны.
Белым называется чугун, в котором весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита Fe3C, который придает излому чугуна белый блестящий цвет.
Фазовые превращения в этих чугунах протекают согласно метастабильной диаграмме Fе - Fe3С (см. рис.23). По структуре белые чугуны делятся на:
а) доэвтектические, содержащие от 2,14 до 4,3 С. Они состоят из перлита, ледебурита и вторичного цементита, выделяющегося из зерен аустенита в интервале температур от 1147° (линия ЕС) до 727° (линия SК). Вторичный цементит сливается с цементитом ледебурита и может быть не виден на микрошлифе как самостоятельная структурная составляющая (рис. 51,а);
б) эвтектические, содержащий 4,3% С. Он состоит из эвтектики -ледебурита, представляющего собой механическую смесь цементита и перлита (рис. 51,б);
. в) заэвтектические, содержащие от 4,3% до 6,67% С. Они состоят из первичного цементита, выделяющегося в виде крупных пластин и ледебурита (рис. 51, в).
а) б) в)

Рис. 51.Структура белого чугуна: а) доэвтектического б) эвтектического в) заэвтектического

В микроструктуре белого чугуна содержится много цементита, поэтому он очень тверд и хрупок, но хорошо сопротивляется износу. Он почти не поддается обработке резанием (за исключением абразивного), поэтому белые чугуны не находят непосредственного применения в машиностроении, их используют редко, только для изготовления деталей, работающих в условиях повышенного абразивного изнашивания (детали гидромашин, пескометов и др.). Будучи главным продуктом доменной плавки, этот чугун используется в металлургии для передела в сталь (передельный чугун). В незначительном количестве белый чугун применяется также для получения ковкого чугуна.
9.2. Серые чугуны.
Серым называется чугун, в котором углерод находится в виде гра- фита, имеющего форму слегка изогнутых пластин или чешуек, или разветвленных розеток с пластинчатыми лепестками. Вследствие большого количества графита в структуре такой чугун в изломе имеет серый цвет.
Содержание углерода в серых чугунах обычно колеблется в пределах 2,5...4%, при этом до 0,83% углерода находится в химически связанном с железом состоянии. Серые чугун помимо железа и углерода содержат также кремний, марганец, серу, фосфор и т.д.
Кремний способствует процессу графитизации, уменьшает усадку, кремний входит в состав феррита, образуя с
· -железом твердый раствор замещения.
Марганец увеличивает склонность чугуна к сохранению цементита, а следовательно, и увеличивает твердость чугуна.
Сера - вредная примесь чугунов, она повышает их твердость и хрупкость в 5-6 раз больше, чем Mn и значительно ухудшает литейные свойства.
Фосфор в небольших количествах в чугунах является полезной примесью (в отличие от сталей), улучшает литейные свойства серого чу- гуна, так как фосфор образует эвтектику Fe+Fe2P, плавящуюся при тем- пературе 983°С, что ценно для производства тонкостенного дутья. Химический состав серых чугунов: 2,54% С; 1,04,8% Si; 0,50,7% Mn; до 0,12% S; 0,20,5% P.
По структуре металлической основы серые чугуны подразделяют в основном на следующие группы;
1. Перлитные. Структура П+ПГ (пластинчатый графит), металлическая основа - П, а количество связанного углерода (Fe3C) равно эвтектоидной концентрации 0,8% (рис. 52, а).
2. Ферритно-перлитные. Структура Ф +П+ПГ, металлическая основа их состоит из Ф + П, а количество Fe3C меньше эвтектоидной концентрации (рис. 52, б).
3. Ферритные. Структура Ф + ПГ. Основа их состоит из Ф , а Fe3C=0 (рис. 52, в).









а) б) в)

Рис.52.Структура серого чугуна: а)перлитного б) ферритно-перлитного в)ферритного
Механические свойства чугуна зависит от свойства металлической основы, количества и размеров графитных включений. При конструировании деталей машин следует учитывать, что серые чугуны работают на сжатие лучше, чем на растяжение. Они мало чувствительны к надрезам при циклическом нагружении, хорошо поглощают колебания при вибрациях, обладают высокими антифрикционными свойствами из-за смазывающей способности графита. Серые чугуны хорошо обрабатываются резанием, дешевы и просты в изготовлении. Наряду с этими положительными свойствами они имеют сравнительно невысокую прочность и чрезвычайно низкую пластичность.
Марка серого чугуна состоит из букв СЧ (серый чугун) и цифры, показывающей уменьшенное в 10 раз значение (в мегапаскалях) временного сопротивления при растяжении (табл.7 ).
Прочность чугуна существенно зависит от толщины стенки отливки. Указанное в марке значение
·в соответствует отливкам с толщиной стенки 15 мм. При увеличении толщины стенки от 15 до 150 мм прочность и твердость чугуна уменьшаются почти в два раза.
Графит, ухудшая механические свойства, в то же время придает чугунам ряд ценных свойств. Он измельчает стружку при обработке ре- занием, оказывает смягчающее действие и, следовательно, повышает из- носостойкость чугунов, придает им демпфирующую способность. Кроме того, пластинчатый графит обеспечивает малую чувствительность чугу- нов к дефектам поверхности. Благодаря этому сопротивления усталости чугунных и стальных деталей соизмеримы.
Согласно ГОСТ 1412-85 отливки изготавливают из серого чугуна следующих марок: СЧ10, СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ35. Цифры в обозначении марки соответствуют минимальному пределу прочности при растяжении (
·в , кгс/мм2). Чугун СЧ10 - ферритный, а начиная с СЧ25 и более - перлитные, промежуточные - ферритно-перлитные.
Из ферритных чугунов изготавливают в основном неответственные детали, к которым предъявляются главным образом требования хорошей обрабатываемости резанием, а не прочности, например, плиты, грузы, корыта, крышки, кожухи и др.
Из ферритно-перлитных чугунов в автомобилестроении изготавливают картеры, тормозные барабаны, крышки, поршни, поршневые кольца, крупные шкивы, зубчатые колеса и др.
Из перлитных - блоки цилиндров, гильзы, маховики и др. В станкостроении серый чугун является основным конструкционным материалом (станины станков, столы и верхние салазки, шпиндельные бабки, колонки, каретки и т.д.), К износостойким относится отбеленный серый чугун(0Ч), имеющий тонкий поверхностный слой со структурой белого чугуна. применяется для изготовления отливок прокатных валков, вагонных колёс и т.д.
9.3. Ковкие чугуны.
Название "ковкий чугун" является условным, поскольку изделия из него, как и из любого другого чугуна изготавливают не ковкой, а литьем. Название "ковкий" этот чугун получил вследствие более высоких, по сравнению с серыми чугунами пластических свойств.
Принципиальная схема технологии получения деталей из ковкого чугуна состоит из двух операций. Сначала путем отливки из белого доэвтектического чугуна получают детали (рекомендуемый химический состав заливаемого в формы сплава: 2,4...2,9% С; 1,0...1,6% Si ; 0,3...1,0% Мn ;
· 0,1% S ;
· 0,2% Р, затем полученные отливки подвергают специальному графитизирующему отжигу (томлению). Отжиг состоит обычно из двух стадий (рис. 53).
Вначале отливки из белого чугуна (чаще упакованные в ящики с песком) медленно нагревают в течение 20...25 ч до температуры 950...1050°С. И при этой же температуре длительно их выдерживают (в течение 10...15 ч). В этот период протекает первая стадия графитизации, т.е. распад цементита, входящего в состав ледебурита(А +Fe3С), и установление стабильного равновесия аустенит + графит.
В результате распада цементита образуется хлопьевидный графит (углерод отжига).
Металлическая основа чугуна формируется на второй стадии отжига при эвтектоидном превращении. В случае непрерывного охлаждения отливки (на воздухе) в области эвтектоидной (727°С) температуры аустенит распадается на перлит и процесс графитизации не успеет охватить цементит перлита. Чугун принимает структуру: перлит пластинчатый + хлопьевидный графит (ХГ) Он обладает высокими твердостью, прочностью и небольшой пластичностью (НВ 235...305,
·в = 650... 680 МПа,
· = 3,0...15%). Для повышения пластичности при сохранении достаточно высокой прочности проводится непродолжительная (2...4 ч) изотермическая выдержка чугуна или замедленное охлаждение при температурах 690...650°С. Это вторая стадия отжига, представляющая собой в данном случае отжиг на зернистый перлит.

Рис. 53. График отжига белого чугуна на ковкий
В машиностроении широко применяется ферритный ковкий чугун, характеризующийся высокой пластичностью (
· = 10...12%) и относи -тельно низкой прочностью (
·в = 370...300 МПа). Ферритная основа чугуна образуется при очень медленном прохождении интервала 760... 720° С или в процессе изотермической выдержки при 720...700°С. Здесь аустенит и цементит, в том числе и цементит перлита, если перлит успел обрадоваться, распадается на феррит + хлопьевидный графит. Хлопьевидная форма графита является основной причиной более высокой прочности и пластичности ковкого чугуне по сравнению с серым чугуном (см. табл.7).
Продолжительность отжига в целом составляет 48...96 ч (длительность II стадии примерно в 1,5 раза больше, чем I). Для сокращения продолжительности отжига в расплав перед его разливкой по формам (вводится (модифицируют) алюминий (реже бор, висмут и др.), что создает дополнительные искусственные центры образования графита. Согласно ГОСТ 1215-79 выпускают следующие марки ковких чугунов КЧ30-8 , КЧ35-10, КЧ37-12, КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ55-4, КЧ60-3, КЧ65-3, КЧ70-2, КЧ80-1,5. Первые две цифры соответствуют минимальному пределу
прочности при растяжении (
·в ,кгс/мм2); цифры после тире - относительное удлинение (
· , %)
Ковкие чугуны применяются для деталей, работающих при ударных вибрационных нагрузках (ступицы, тормозные колодки, коленчатые валы, крюки, картеры редукторов и др.).
Основным недостатком получения КЧ является длительный отжиг отливок и ограничение толщины их стенок (до 50 мм). В пассивных деталях в результате замедленного охлаждения при кристаллизации возникает пластинчатый графит (вместо хлопьевидного), который снижает прочность и пластичность чугуна.
Таблица 7. Механические свойства чугунов.

Марка чугуна

·в

·0,2

· ,%
НВ
Структура металлической основы


МПа





Серые чугуны (ГОСТ 1412 - 85)
СЧ 10
100
-
-
-190
Ф

СЧ 15
150
-
-
163-210
Ф

СЧ 25
250
-
-
180-245
Ф+П

СЧ 35
350
-
-
220-275
П


Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293 - 85)
ВЧ 35
350
220
22
140-170
Ф

ВЧ 45
450
310
10
140-225
Ф+П

ВЧ 60
600
370
3
192-227
Ф+П

ВЧ 80
800
490
2
248-351
П

ВЧ 100
1000
700
2
270-360
Б


Ковкие чугуны (ГОСТ 1215 – 79
КЧ 30 – 6
300
-
6
100-163
Ф+до10%П

КЧ 35 – 8
350
-
8
100-163


КЧ37 – 12
370
-
12
110-163


КЧ45 – 7
450
-
7
150-207


КЧ 60 - 3
600
-
3
200-269
П+до20%Ф

КЧ 80-1,5
800
-
1,5
270-320



9.4. Высокопрочные чугуны.
Высокопрочный чугун получают при модифицировании (микролегировании жидкого чугуна магнием (0,1...0,5%) или церием (0,2...0,3%). При этом под действием магния графит в процессе кристаллизации принимает не пластинчатую, а шаровидную форму. Микроструктура модифицированного чугуна на ферритной и на перлитной основе приведена на рис. 54, а, б.
а) б)

Рис. 54. Структура высокопрочного чугуна: а)ферритного б) перлитного
Основной причиной высоких механических свойств высокопрочного чугуна (табл. 7) является шаровидная форма графита. Шаровидный графит, имеющий минимальную поверхность при данном объеме, значительно меньше ослабляет металлическую основу чугуна, чем пластинчатый графит. В отличие от последнего он не является активным концентратором напряжений.
Согласно ГОСТ 7293-85, отливки изготавливают из высокопрочного чугуна следующих марок: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100 (цифры в обозначении соответствуют минимальному пределу прочности при растяжении
·в , кгс/мм2)
Высокопрочный чугун имеет высокие механические характеристики, обладает хорошими литейными и технологическими свойствами. Он применяется как новый материал и как заменитель стали, ковкого и серого чугуна с пластинчатым графитом. По сравнению со сталью обладает большей износостойкостью, лучшими антифрикционными и антикоррозионными свойствами, лучшей обрабатываемостью резанием, Вследствие меньшей плотности отливки легче стальных на 8...10%. Из высокопрочного чугуна, в отличие от ковкого, можно отливать детали любого сечения, массы и размеров.
Области применения: в станкостроении - суппорты, резцедержатели, тяжелые планшайбы, шпиндели, рычаги и др.; для прокатного и кузнечно-прессового оборудования - прокатные валки, станины прокатных станов и ковочных молотов, шаботы, траверсы прессов; для других видов оборудования - барабаны тельферов экскаваторов, коленчатые валы и т.д.
9.5. Легированные чугуны.
Требования к легированным чугунам для отливок с повышенной жаростойкостью, коррозионной стойкостью, износостойкостью или жаропрочностью регламентированы ГОСТ 7769-82. Марки легированных чугунов и их свойства приведены в табл. 8.
Легированные чугуны подвергаются термической обработке для обеспечения необходимых свойств и структуры.
Важным свойством легированных чугунов является сопротивление износу.
В качестве антифрикционных используются чугуны по ГОСТ 1585-85. Они предназначены для изготовления деталей, работающих в узлах трения со смазкой. Стандарт определяет марки антифрикционных чугунов, их химический состав, характеристики, назначение, форму, размер и распределение графита, дисперсность перлита, характер распределения фосфидной эвтектики, твердость и предельные режимы эксплуатации деталей из этих чугунов. Основой их является железо, постоянные компоненты, %: 2,2-4,3 С; 0,5-4,0 Si; 0,3-12,5 Mn. Допускаются примеси, % : 0,1-1 Р; 0,03-0,2 S.
Марки антифрикционных чугунов, их характеристики и на значение представлены в табл. 9.
Таблица 8.
Марки и свойства легированных чугунов(ГОСТ 7769-82)
Марка чугуна
Свойства

ЧХ1, ЧХ2, ЧХ3
Чугуны, обладающие повышенной коррозионной стойкостью в газовой, воздушной и щелочной средах в условиях трения и износа, жаростойкие в воздушной среде, выдерживают температуру от 500 до 700
·. предназначены дл изготовления деталей металлургического производства, кокилей стеклоформ, деталей химического оборудования и др.

ЧХ3Т, ЧХ9Н5, ЧХ22, ЧХ16М2, ЧХ28Д2
Чугуны, обладающие повышенной стойкостью против абразивного износа и истирания

ЧХ22С
Этот чугун характеризуется повышенной коррозионной стойкостью при температуре 1000
·С

ЧС13, ЧС15, ЧС17, ЧС15МА, ЧС17М3
Устойчивы к воздействию концентрированных и разбавленных кислот, растворов щелочей, солей

ЧГ6С3Ш, ЧГ7Х4
Чугуны, обладающие высокой стойкостью в абразивной среде

ЧГ8Д3
Немагнитный износостойкий чугун

ЧНХТ, ЧНХМД, ЧН2Х, ЧНМШ
Чугуны с высокими механическими свойствами, хорошо сопротивляются износу и коррозии

ЧН15Д3Ш, ЧН19Х3Ш, ЧН11Г7Ш, ЧН20Д2Ш, ЧН15Д7
Чугуны, обладающие высокими механическими свойствами, высокой коррозионной и эрозионной стойкостью в щелочах, слабых растворах кислот, в морской воде. Чугун ЧН20Д2Ш может быть пластически деформирован в холодном состоянии


Таблица 9.
Марки антифрикционных чугунов, их свойства и назначение
(ГОСТ 1585-85)
Марка чугуна
Свойства и назначение

АЧС-1
Перлитный чугун, легированный хромом (0,2-0,5 %) и медью (0,8-1,6%); предназначен для изготовления деталей, работающих в паре с закаленным или нормализованным валом

АЧС-2
Перлитный чугун, легированный хромом (0,2-0,5%), никелем (0,2-0,5%), титаном (0,03-0,1%) и медью (0,2-0,5%); назначение - такое же, как и чугуна марки АСЧ-1

АЧС-3
Перлитно-ферритный чугун, легированный титаном (0,03-0,1 %) и медью (0,2-0,5 %); детали из такого чугуна могут работать в паре, как с "сырым", так и с термически обработанным валом

АЧС-4
Перлитный чугун, легированный сурьмой (0,04-0,4%); используется для изготовления деталей, работающих в паре с закаленным или нормализованным валом

АЧС-5
Аустенитный чугун, легированный марганцем (7,512,5 %) и алюминием (0,4-0,8%); из этого чугуна изготавливают детали, работающие в особо нагруженных узлах трения в паре с закаленным или нормализованным валом

АЧС-6
Перлитный пористый чугун, легированный свинцом (0,5-1,0%) и фосфором (0,5-1,0%); рекомендуется для производства деталей, работающих в узлах трения с температурой до 300
· С в паре с "сырым" валом

АЧВ-1
Перлитный чугун с шаровидным графитом; детали из такого чугуна могут работать в узлах трения с повышенными окружными скоростями в паре с закаленным или нормализованным валом

АЧВ-2
Перлитно-ферритный чугун с шаровидным графитом; изготовленные из этого чугуна детали хорошо работают в условиях трения с повышенными окружными скоростями в паре с "сырым" валом

АЧК-1
Перлитный чугун с хлопьевидным графитом, легированный медью (1,0-1,5%); предназначен для изготовления деталей, работающих в паре с термически обработанным валом

АЧК-2
Ферритно-перлитный чугун с хлопьевидным графитом; детали из этого чугуна работают в паре с "сырым" валом


Буквы в обозначениях марок чугунов означают: АЧ - антифрикционный чугун, С - серый чугун с пластинчатым графитом, В - высокопрочный чугун с шаровидным графитом, К ковкий чугун с хлопьевидным графитом. Твердость отливок из антифрикционных чугунов (от 100 до 290 НВ) зависит от содержания элементов и условий термической обработки.
Предельные режимы работы деталей из этих чугунов в узлах трения: удельное давление (50 - 300) 104 Па (5-300 кгс/см2), окружная скорость 0,3-10 м/с.
10. Легированные стали.
Легированными называются стали, в которые для изменения структуры и свойств, кроме углерода, специально вводят в заданных концентрациях другие элементы, получившие название легирующих.
В результате легирования изменяются физические, механические и технологические свойства стали. Изменение свойств стали при ее легировании определяется влиянием легирующих элементов как на свойства фаз, так и на условия протекания фазовых превращений.
По количеству легирующих элементов различают:
низколегированные стали, содержание легирующих элементов до 2,5%;
среднелегированные – 2,5ч10% легирующих элементов;
высоколегированные – содержат более 10% легирующих элементов.
Чем больше легирующих элементов в стали, тем выше ее прокаливаемость.
По химическому составу легированные стали разделяют на тройные, содержащие один легирующий элемент (хромистые, никелевые, молибденовые); четверные, содержащие два легирующих элемента (хромоникелевые, хромомарганцевые и т.д.); и сложные, содержащие три, четыре и более легирующих элементов (хромомарганцевоникельтитановая сталь и т.д.).
По назначению различают три группы сталей:
конструкционные (машиностроительные и строительные):
а) цементуемые;
б) улучшаемые;
в) высокопрочные;
инструментальные;
стали с особыми свойствами.
Для обозначения марок стали согласно ГОСТа 4523-71 принята буквенно-цифровая система. Легирующие элементы обозначают следующими буквами русского алфавита:
А – азот Е – селен Р – бор Ц – цирконий
Б – ниобий К – кобальт С – кремний Ю – алюминий
В – вольфрам М – молибден Т – титан
Г – марганец Н – никель Ф – ванадий
Д – медь П – фосфор Х – хром
Первые две цифры в обозначении марки легированной стали показывают содержание углерода для конструкционных сталей – в сотых долях процента, для инструментальных – в десятых долях процента.


Буквы обозначают присутствие в стали определенного элемента. Если содержание легирующего элемента больше 1%, то после буквы указывается его среднее значение в целых процентах. Если содержание легирующего элемента около 1% или меньше, то после соответствующей буквы цифра не ставится.
Буква А, стоящая в конце марки, означает, что сталь высококачественная. Буква Ш в конце марки, поставленная через дефис, указывает, что сталь относится к категории особовысококачественных. Сталь, не содержащая в конце марки букв А или Ш, относится к категории качественных.
Некоторые группы сталей содержат в марке дополнительные обозначения, характеризующие группу или тип сталей. Марки автоматных сталей начинаются с буквы А, шарикоподшипниковых – с буквы Ш, быстрорежущие – с буквы Р, электротехнические – с буквы Э, магнитные – с буквы Е.
Например, сталь 38ХН3МФА – 0,38% С; Cr, Mo и V по 1%; Ni -3%; сталь высококачественная.


10.1. Цементуемые легированные стали.
Цементуемые стали применяют для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок. Такие детали должны иметь высокую поверхностную твердость и прочность при достаточной вязкости сердцевины. Требуемые свойства цементованная сталь приобретает в результате последующей термической обработки, состоящей из закалки и низкого отпуска.
Цементации подвергают низкоуглеродистые стали с содержанием 0,08-0,25%С, это дает возможность получить вязкую сердцевину.
Цементуемые легированные стали применяют для более крупных и тяжело нагруженных деталей, в которых необходимо иметь, кроме высокой твердости поверхности, достаточно прочную сердцевину.
Хромоникелевые стали 20ХН, 12ХН3А, 20ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А применяют для изготовления деталей средних и больших размеров работающих на износ при высоких нагрузках (зубчатые колеса, шлицевые и другие валы, поршневые кольца и др.). Они являются лучшими конструкционными сталями, но из-за дефицитности никеля их применяют ограниченно.
Хромомарганцевые стали с небольшими добавками титана – 18ХГТ, 25ХГТ или молибдена – 25ХГМ экономнолегированны, и их широко используют для замены хромоникелевых сталей. Вместо никеля в них введен марганец. Хромомарганцевые стали с титаном и молибденом применяют для ответственных деталей крупносерийного и массового производства, в автомобильной и тракторной промышленности, а также в станкостроении (зубчатые колеса, валы).
В автомобильной и тракторной промышленности нашли применение также стали 15ХГН2ТА, 25ХГНТА эти стали приближаются по своим механическим и технологическим свойствам к хромоникелевым.
На ВАЗе широко применяют стали 20ХГНМ, 19ХГН.
Хромоникельмолибденовую (вольфрамовую) сталь 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) применяют для изготовления наиболее ответственных высоконагруженных деталей (валы ротора, коленчатые валы, валы редуктора, шестерни, зубчатые колеса авиадвигателей, судовых редукторов и т.п.)


10.2. Улучшаемые легированные стали.
Улучшаемыми конструкционными сталями называют стали, используемые после закалки и высокого отпуска (улучшения). Эти стали содержат 0,3ч0,5%С и не более 5% легирующих элементов.
Улучшаемые легированные стали предназначены для изготовления ответственных деталей машин (валов, штоков, шатунов и т.п.), работающих в условиях циклических или ударных нагрузок, концентрации напряжений, а в некоторых случаях при пониженных температурах. Поэтому они должны иметь предел текучести, в сочетании с высокой пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезу.
Высокий комплекс механических свойств, обеспечиваемый улучшением, возможен лишь при сквозной прокаливаемости, поэтому она служит важнейшей характеристикой этих сталей. Кроме прокаливаемости, важно обеспечить в сталях мелкое зерно и не допустить развитие отпускной хрупкости.
Для изготовления средненагруженных деталей применяют хромистые стали марок 30Х, 38Х, 40Х и 50Х.
Хромистые стали склонны к отпускной хрупкости, поэтому после высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым: для мелких деталей – в масле, для крупных - в воде.
Сталь 30Х рекомендуется для изготовления деталей, относительно небольших размеров (оси, валики, рычаги, болты, гайки). Стали 38Х и 40Х обладают повышенной прочностью, их применяют для коленчатых валов, осей, шестерен, болтов, ответственного назначения, а стали 45Х и 50Х – для изделий, работающих на износ без значительных ударных нагрузок (крупные шестерни, некоторые валы).
Хромокремнемарганцевые стали - хромансил – стали 30ХГС, 30ХГСА, 35ХГСА. Хромансилы хорошо свариваются всеми видами сварки, штампуются, удовлетворительно обрабатываются резанием. Их широ-


ко применяют в автомобилестроении: валы, силовые сварные конструкции, детали рулевого управления и др.
Хромоникелевые стали 40ХН, 45ХН и 50ХН применяют для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при вибрационных и динамических нагрузках.


10.3.Стали с особыми свойствами (специальными).
Специальными называют стали с особыми свойствами. К этой группе сталей относят: износостойкие, рессорно-пружинные, шарикоподшипниковые и нержавеющие стали.

Износостойкая (аустенитная) высокомарганцевая сталь.
К износостойким относится сталь 110Г13Л. Сталь 110Г13Л, или сталь Гадфильда, является аустенитной высокомарганцевой сталью, из которой литьем (реже ковкой) изготавливают детали, от которых требуется высокая износостойкость в условиях абразивного трения, ударных нагрузок и высоких давлений.
К таким деталям относятся крестовины стрелочных переводов железнодорожных и трамвайных путей, траки гусеничных машин, щеки дробилок, корпуса вихревых и шаровых мельниц, зубья ковшей экскаваторов.
Сталь 110Г13Л содержит 0,9ч1,3%С и 11,5ч14,5%Mn.
Для изделий, подвергающихся износу в результате действия потока жидкости или газа, рекомендована сталь 30Х10Г10.

Рессорно-пружинные легированные стали.
Основными требованиями, предъявляемыми к рессорно-пружинным сталям, являются высокое сопротивление малым пластическим деформациям (высокий предел упругости), высокий предел выносливости и повышенная релаксационная стойкость с сохранением упругих свойств в течение длительного времени.
Для получения этих свойств стали должны содержать 0,5ч0,7%С и подвергаться закалке и среднему отпуску на тростит.
Легированные стали, имея повышенную релаксационную стойкость, обеспечивают более длительную и надежную работу, чем углеродистые стали.
Дешевые кремнистые стали 55С2, 60С2, 70С3А применяют для пружин и рессор толщиной до 18 мм в авто- и тракторостроении, судостроении, железнодорожном транспорте.


Стали 50ХФА, 50ХГФА, которые подвергают более высокому нагреву при отпуске (520°С), обладают теплостойкостью, повышенной вязкостью, меньшей чувствительности к надрезу. Они предназначены для

рессор легковых автомобилей, клапанных и других пружин ответственного назначения, которые могут работать при температурах до 300°С.
Стали 60С2ХА и 60С2Н2А применяются для крупных тяжелонагруженных и особоответственных пружин и рессор.

Шарикоподшипниковые стали.
В процессе работы детали подшипников (шарики, ролики, кольца) испытывают высокие удельные знакопеременные нагрузки.
Стали для подшипников должны обладать высокой твердостью и износостойкостью в сочетании с высоким пределом контактной усталости.
Стали маркируют буквой Ш – подшипниковая, Х – хромистая и цифрой, указывающей содержание хрома в десятых долях процента. Содержание углерода в подшипниковых сталях составляет около 1%.
Для изготовления тел качения и подшипниковых колец небольшого сечения используют сталь ШХ15, а больших сечений – сталь ШХ15СТ.
Для изготовления деталей подшипников качения, работающих при высоких динамических нагрузках, применяют цементуемые стали 20Х2Н4А и 18ХГТ.
Подшипники, используемые для работы в агрессивных средах, изготавливают из нержавеющей стали 95Х18.

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали.
К этой группе относят стали которые обладают высокой стойкостью против коррозии в атмосферных условиях, в морской и речной воде, в растворах солей, кислот и щелочей. Основным легирующим элементом всех марок нержавеющих сталей является хром. От коррозии стали предохраняет тонкая, но плотная пленка окислов Cr2O3, которая образуется на поверхности тщательно обработанных деталей, однако хрома должно быть не менее 12%, в противном случае пленка не будет сплошной.
Антикоррозионные свойства хромистых сталей повышаются введением в их состав никеля. В связи с этим различают хромистые и хромоникелевые стали.
Из стали 12Х13 изготавливают клапаны гидравлических прессов, лопаток гидравлических и паровых турбин.
Из сталей марок 20Х13, 30Х13, 40Х13 – режущий, мерительный и хирургический инструмент, пружины, предметы домашнего обихода.
Хромоникелевые стали 12Х18Н9, 17Х18Н9Т, 12Х18Н10Т применяют для изготовления деталей сваркой, работающих в особо агрессивных средах.
Вопросы для повторения раздела.
1. Как классифицируются легированные стали?
2. Укажите марки и назначение цементуемых сталей.
3. Каково назначение улучшаемых сталей?
4. Укажите эксплуатационное назначение высокомарганцовистой стали.
5. Назовите основные требования, предъявляемые к рессорно-пружинным сталям и их маркировку.
6. Какие требования предъявляют к стали для изготовления подшипников?
7. Укажите маркировку и назначение коррозионостойких сталей.

11. Инструментальные стали.
К инструментальным сталям относят стали, предназначенные для изготовления режущего, измерительного, штампового и других инструментов. Основными свойствами этих сталей является твердость, вязкость, износостойкость, теплопроводность (красностойкость), прокаливаемость.
Стали для режущего инструмента должны обладать высокой твёрдостью, превышающей твердость обрабатываемого материала. Режущая кромка инструмента всё время находится в соприкосновении со снимаемой стружкой, т.е. происходит непрерывное трение и износ поверхности режущей кромки инструмента. Поэтому сталь для режущего инструмента, кроме высокой твёрдости, должна иметь высокую износостойкость. В процессе резания механическая энергия превращается в тепловую и вследствие этого нагревается инструмент, обрабатываемая деталь и стружка.
Инструментальные стали по назначению делятся на три группы: углеродистые и легированные стали для режущих инструментов; быстрорежущие стали; штамповые стали и отдельная группа – твердые сплавы.


11.1. Углеродистые инструментальные стали.
Углеродистые инструментальные стали производят качественными: У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13 и высококачественными: У7А, У8А, У9А, У10А, У11А, У12А, У13А.
Высокая твердость (HRC 62-65) инструментальных сталей достигается в результате закалки. Стали У7, У8 подвергаются полной закалке, стали У9-У13 – неполной закалке. Закалку углеродистой стали проводят в воде или водных растворах солей и щелочей, так как она имеет малую устойчивость переохлаждённого аустенита. После закалки структура углеродистых сталейУ7, У8 состоит мартенсита и избыточного карбида (цементита). Избыточные карбиды повышают износостойкость стали. В структуре закаленных углеродистых сталей имеется также небольшое (до5-8%) количество остаточного аустенита, но так как его мало, твёрдость стали не снижается.
Критический диаметр изделий из углеродистых сталей не превышает 15мм. Поэтому эти стали применяют для изготовления мелких инструментов с поперечным сечением до 25мм с незакалённой сердцевиной. При несквозной прокаливаемости меньше деформация инструмента при закалке. Инструмент с незакалённой вязкой сердцевиной обладает большей устойчивостью к ударам и вибрациям.

После закалки инструмент из углеродистой стали подвергают низкотемпературному отпуску. В зависимости от назначения инструмента и требуемой твердости температура отпуска может изменяться в определенных пределах.
Для уменьшения внутренних напряжений при сохранении высокой твердости достаточен отпуск при 150...180° С в течение 1-2 часов. Такой отпуск проводят для инструментов, работающих с небольшими ударными нагрузками. Для инструментов, для которых требуется достаточно высокая твердость и повышенная вязкость, применяют отпуск при температурах до 220...240°С. Инструменты, работающие с ударными нагрузками, отпускают при 250...320°С.
Так как инструмент из углеродистой стали теряет твердость при нагреве выше 200°C условия работы его должны быть такими, чтобы режущая кромка в процессе работы не нагревалась выше 200°С, т.е. резание следует проводить при небольших скоростях.
Из качественных углеродистых инструментальных сталей изготавливают несложные по конфигурации режущие и измерительные инструменты. Более сложные инструменты изготавливают из высококачественных инструментальных сталей.
Для режущего инструмента (фрезы, зенкеры, сверла, спиральные пилы, шаберы, ножовки ручные, напильники, бритвы, острый хирургический инструмент и т.д.) обычно применяют заэвтектоидные стали (У10, У11, У12 и У13). Деревообрабатывающий инструмент, зубила, кернеры, бородки, отвертки, топоры, молотки изготовляют из сталей У7, У8.


11.2. Легированные инструментальные стали.
Легированные инструментальные стали получают на базе углеродистых инструментальных сталей путем легирования их хромом, вольфрамом, ванадием, марганцем, кремнием и другими элементами. Легирование приводит к большей устойчивости переохлажденного аустенита и большей прокаливаемости, чем у углеродистых инструментальных сталей. Эти стали отличаются также повышенной вязкостью, меньшей склонностью к деформациям и трещинообразованию при закалке. Из легированных инструментальных сталей марок 9ХС, ХВГ, Bl, XB5 и других изготавливают различные режущие инструменты, имеющие сложную конфигурацию.
Для получения массивного инструмента и инструмента сложной формы предназначена сталь 9ХС (0,95-1,25% С; 1,2-1,6% Is).
Стали марок ХВГ (0,9% С; 0,9-1,2% Сr; 1,2-1,6% W; 0,8-1,1% Мn) и ХГ относятся к малодеформирующимся. Их используют для изготовления калибров, длинных метчиков, бритвенных ножей и лезвий и другого инструмента, для которого весьма важно сохранение размеров в процессе термической обработки, а также для изготовления деталей точных приборов.
Сталь ХВ5 (1,25-1,50% С) называется алмазной, обладает исключительно высокой твердостью в закаленном состоянии (HRC 67-69). Применяется для изготовления фильер холодного волочения, отделочного инструмента, снимающего стружку с твердых материалов (белый чугун, стекло, камень).



11.3. Быстрорежущие стали.
Быстрорежущие стали широко используют для изготовления режущего инструмента, обладающего большой твердостью и работающего при высоких скоростях резания. При обработке с большими скоростями резания твердых материалов и при снятии стружки большого сечения режущая кромка инструмента нагревается до высокой температуры. Поэтому режущий инструмент, работающий в тяжелых тепловых условиях, следует изготовлять из стали, обладающей красностойкостью, т.е. способностью сохранять высокую твердость при нагреве до высокой температуры (600...650° С). Для обеспечения красностойкости сталь легируют большим количеством вольфрама в сочетании с молибденом и ванадием. Кроме этих элементов все быстрорежущие стали легированы хромом (примерно 4%), а некоторые - кобальтом. Среднее содержание углерода во всех быстрорежущих сталях несколько меньше 1%.
Быстрорежущие стали (high speed steel) маркируют буквой Р (rapid – быстрый), выпускают следующих марок: Р6, Р9, Р12, Р18 (цифра в марке стали означает процент вольфрама – основного легирующего элемента).
Вольфрам - дефицитный и дорогой элемент, поэтому его содержание в быстрорежущей стали стремятся уменьшить. Частично вольфрам заменяют молибденом из расчета, что 1% молибдена оказывает такое же влияние на свойства быстрорежущей стали, как 1,5-1,6% вольфрама. Содержание молибдена в быстрорежущих сталях обычно не превышает 5%. Такое сочетание вольфрама и молибдена имеется в широко применяемой стали Р6М5.
Быстрорежущие стали условно разделяют на стали умеренной красностойкости и стали повышенной красностойкости. В первую группу входят стали, легированные вольфрамом и молибденом и с небольшим содержанием ванадия (1-2%): Р18, Р12, Р9, Р6М5. Эти стали сохраняют высокую твердость (не ниже HRC 60) при нагреве до 620°С.
В настоящее время основной маркой быстрорежущих сталей (80% от общего объема производства) является Р6М5. Для повышения эксплуатационных свойств сталь дополнительно легируют азотом (Р6АМ5).
В группу сталей повышенной теплостойкости входят стали с высоким (> 2%) содержанием ванадия, а также стали, дополнительно легированные кобальтом (Р9К5, Р12ФЗ, Р18К5Ф2 и др.). Стали этой группы сохраняют высокую твердость при нагреве до 630.. .650°С.
Быстрорежущие стали по структуре в отожженном состоянии относятся к карбидному (ледебуритному) классу сталей. В их структуре имеется эвтектика (ледебурит), в состав которой входят карбидообразующие элементы - хром, вольфрам, ванадий, кобальт, молибден.
Эвтектика, которая располагается в виде сетки по границам зерен, снижает вязкость стали, поэтому литая быстрорежущая сталь отличается повышенной хрупкостью. При горячей обработке давлением (ковке) сетка эвтектики дробится и первичные (эвтектические) карбиды распределяются в структуре более равномерно.
Горячедеформированную быстрорежущую сталь подвергают отжигу при 840...860° С для снижения твердости, облегчения обрабатываемости резанием и подготовке структуры к закалке. Структура после отжига мелкозернистый сорбитообразный перлит, состоящий из феррита и мелких карбидов, и избыточные карбиды - вторичные и первичные. Твердость стали после отжига должна быть не более НВ 255-285.
В настоящее время все шире применяют быстрорежущие стали, полученные методом порошковой металлургии. В этих сталях карбидная фаза очень мелкая, что способствует более полному растворению карбидов в аустените и повышению теплостойкости. Основные порошковые стали, предложенные для замены сталей Р18 и Р6М5 – Р0М2ФЗ-МП, М6Ф1-МП, М6ФЗ-МП мало содержат дефицитного вольфрама. Несмотря на высокое содержание ванадия, стали хорошо шлифуются. Применяются и другие порошковые стали, например, Р6М5К5-МП и Р12МЗК8. Стойкость режущего инструмента из порошковых сталей по сравнению со стойкостью инструмента из аналогичных сталей обычного производства в 1,2-2 раза выше.
Инструмент, изготовленный из быстрорежущей стали, подвергают закалке и трехкратному отпуску (рис. 55, а).
Быстрорежущие стали обладают пониженной теплопроводностью, медленный или ступенчатый нагрев позволяет выровнять температуру по сечению инструмента и предупредить образование больших внутренних напряжений. При ступенчатом нагреве инструмент подогревают при 800...850°С. Для сложной формы инструмента применяют два подогрева: при 500°С и 800...850° С. Быстрый окончательный нагрев позволяет предупредить окисление и обезуглероживание стали. Выдержку при высокой температуре в интервале температур 1210...1290°С дают очень непродолжительную (10-12 с на каждый миллиметр диаметра или наименьшей толщины инструмента при нагреве в расплавленной соли).
Закаливают инструмент из быстрорежущей стали в масле. Для инструмента сложной формы применяют ступенчатую закалку с выдержкой при 450...500°С в течение 2-5 мин в соляной ванне для выравнивания температуры по сечению инструмента и дальнейшим охлаждением на воздухе.
Структура быстрорежущей стали после закалки состоит из высоколегированного мартенсита, содержащего 0,3-0,4% С, нерастворенных избыточных карбидов и остаточного аустенита.
Сохранение в структуре закаленной стали большого количества остаточного аустенита объясняется тем, что аустенит высоколегированный и для него температура начала мартенситного превращения Мн выше комнатной температуры, а температура конца мартенситного превращения Мн - ниже 0°С.
Отпуск при 500...560°С приводит снова к повышению твердости до HRC 63-65. Такое повышение твердости обменяется выделением из мартенсита дисперсных специальных карбидов. К этому превращению добавляется также превращение остаточного аустенита. Высоколегированный остаточный аустенит достаточно устойчив при температурах отпуска до 500°С. В процессе выдержки при отпуске с температурой 550...570° С из аустенита выделяются в дисперсном виде специальные карбиды. Аустенит обедняется углеродом и легирующими элементами и становится менее устойчивым. В процессе охлаждения от температуры отпуска остаточный аустенит превращается в мартенсит (вторичная закалка). Превращение не заканчивается полностью при однократном отпуске. Для того, чтобы достигнуть почти полного превращения остаточного аустенита в мартенсит, необходимо двух-трехкратное повторение отпуска при 550...570° С с выдержкой при каждом отпуске 45-60 мин (рис. 55, а). Следует отметить, что аустенит превращается в мартенсит не при нагревании и не в процессе выдержки, а во время охлаждения.
Цикл термической обработки быстрорежущей стали может быть сокращен, если сразу после закалки сталь обработать холодом при -75° С...-80° С. В этом случае вместо трехкратного отпуска назначают однократный отпуск (рис. 55, б).
Микроструктура стали после закалки и отпуска состоит из мартенсита и карбидов. Если температура отпуска или во время выдержки недостаточны (сталь недоотпущена), то в структуре сохраняется некоторое количество остаточного аустенита. При отпуске выше 600°С твердость быстрорежущей стали снижается в связи с распадом мартенсита и коагуляцией выделившихся карбидов.



11.4. Штамповые стали.
Штампами называют инструменты, изменяющие форму материала без снятия стружки. Стали, используемые для изготовления штампового инструмента, должны обладать высоким сопротивлением пластической деформации и износостойкостью, а в некоторых случаях (при разогреве) и повышенной теплостойкостью. При больших размерах штампов стали должны иметь высокую прокаливаемость и незначительно изменять свой объем при закалке.
Штамповые стали, применяемые при изготовлении инструментов для обработки металлов давлением, делятся на два класса в зависимости от условий деформирования металла: в холодном или горячем состоянии.


11.4.1. Стали для штампов холодного деформирования.
К инструменту, деформирующему металл в холодном состоянии, относятся вытяжные, вырезные, гибочные, формовочные, высадочные штампы, дыропробивные пуансоны, обрезные матрицы, ножи для резания материалов, волочильные доски, ролики для накатывания резьбы и д.р.










Рис. 55. Режимы термической обработки инструмента из быстрорежущей стали:
а - с трехкратным отпуском; б - с обработкой холодом

Все штамповые стали для холодного деформирования являются высокоуглеродистыми, заэвтектоидными, а количество легирующих элементов определяется необходимой износостойкостью и прокаливаемостью стали.
Для обработки малопрочных материалов используют стали У10, У11, У12.
Более крупные и сложные по форме штампы, предназначенные для работы в более тяжелых условиях, изготавливают из легированных сталей повышенной прокаливаемости (X, ХВГ, 7ХГ2ВМ и др.). Штампы из легированных сталей закаливают в масле, что предохраняет их от образования трещин и значительного изменения размеров.
Для изготовления инструмента, который должен иметь высокую твердость и повышенную износостойкость, а также малую деформируемость при закалке (дыропрошивные матрицы и пуансоны, матрицы глубокой высадки листового металла, матрицы и пуансоны глубокой высадки вырубных и просечных штампов сложной конфигурации и др.), применяют стали высокой прокаливаемости и износостойкости Х12М, Х12Ф1,Х6ВФ.
Для инструментов, работающих с большими ударными нагрузками (пневматические зубила, ножи для холодной резки металла, обжимные матрицы и др.), применяют стали повышенной вязкости. В эту группу входят хромокремнистые стали (4ХС, 6ХС) и стали, дополнительно легированные вольфрамом: 4ХВ2С, 5ХВ2С, 6ХВ2С. Повышения вязкости достигается снижением содержания в сталях углерода (0,4-0,6%) и повышением температуры отпуска (температура закалки 840...900°С).
Для изготовления рабочих частей штампов широко используют металлокерамические твердые сплавы с более высокой твердостью, чем инструментальные стали (твердые сплавы группы ВК с содержанием кобальта не менее 15%).


11.4.2. Стали для штампов горячего деформирования.
К инструменту, деформирующему металл в горячем состоянии, относятся штампы для кузнечного производства, которые деформируют металл, предварительно нагретый до высоких температур (1000є...1150°С). В процессе работы штампы подвергаются воздействию сложных напряжений (сжатию, растяжению, изгибу) и истирающему действию горячего металла. Кроме того, при пластической деформации рабочая часть штампа значительно нагревается. Поэтому сталь для изготовления кузнечных штампов должна иметь высокие механические свойства (прочность, вязкость, износостойкость), не только при обычных, но и при повышенных температурах, т.е. быть теплостойкой.
Теплостойкие стали применяют для изготовления тяжелонагруженного прессового инструмента, а также штампов для горизонтально-ковочных машин. Из них также изготовляют детали пресс-форм для литья под давлением магниевых, алюминиевых и медных сплавов.
При кратковременном воздействии горячего металла на штамп используют стали 5ХГМ, 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНВС и др. Все стали содержат одинаковое количество углерода 0,5-0,6%, что дает возможность получить требуемую твердость и прочность при достаточной вязкости.
Из этих сталей изготавливают молотовые штампы, для которых характерны большие размеры и работающие со значительными ударными нагрузками при умеренном разогреве рабочих поверхностей (примерно до 400°С).
Долговременное воздействие ударных нагрузок выдерживают стали 4Х2В5ФМ, 4ХЗВФ2М2, ЗХ2В8Ф и др.


11.5. Твердые сплавы.
Для изготовления твердых сплавов используют метод порошковой металлургии. Для этого порошки карбидов вольфрама (WC), титана (ТС) и тантала (ТаС) смешивают с кобальтом (Со), прессуют в формы и затем запекают при 1500...2000°С.
Применение твердых сплавов позволяет не только увеличить скорость обработки, но и значительно повысить износостойкость обрабатывающего и штампового инструмента. Износостойкость твердых металлокерамических сплавов увеличивается с ростом твердости и в 10 - 15 раз превышает значения, характерные для быстрорежущей стали. Сохраняется она до 800...1000°С.
Твердые сплавы делятся на три группы: одно-, двух- и трехкарбидные.
Однокарбидные твердые сплавы, которые содержат карбиды вольфрама, называют вольфрамокобальтовыми (группа ВК). В марках ВК2, ВК4, ВК6, ВК10 цифра показывает процентное содержание кобальта, остальное - карбид вольфрама. Сплавы этой группы наиболее прочные, с увеличением содержания кобальта сплавы повышают сопротивление ударным нагрузкам, одновременно снижается износостойкость.
Сплавы ВК4, ВК6 рекомендуются для чернового точения, фрезерования, рассверливания, зенкерования при обработке чугуна, жаропрочных сплавов, цветных металлов и неметаллических материалов.

Сплав ВК8 применяют для чернового точения и других видов черновой обработки, а также для волочения и калибровки труб, прутков и проволоки.
Сплав ВК10 предназначается для изготовления быстроизнашивающихся деталей. Этот сплав характеризуется высокой эксплуатационной прочностью, но сравнительно низкой износостойкостью.

Таблица 10
Сплав
WC
TiC
ТаС
Со
Твердость HRA, не
менее


Вольфрамокобальтовая группа (ВК)


ВК3
97
-
-
3
89,5


ВК4
96
-
-
4
89,5


ВК6
94
-
-
6
88,5


ВК8
92
-
-
8
87,5


ВК10
90
-
-
10
87,0


Титановольфрамокобальтовая группа ( ТВК)


Т30К4
66
30
-
4
92.0


Т15К6
79
15
-
6
90,0


Т5К10
85
5
-
10
88,5


Титанотанталовольфрамокобальтовая группа (ТТК)


ТТ7К12
81
4
3
12
87


ТТ8К6
84
8
2
6
90,5


ТТ20К9
71
8
12
9
89,0



Двухкарбидные твердые сплавы помимо группы ВК содержат еще карбиды титана, поэтому их называют титановольфрамокобальтовыми (группа ТВК). В марках Т5К10, Т15К6, Т30К4 цифры после буквы Т показывают процентное содержание карбидов титана, после К – содержание металлического кобальта, остальное - карбиды вольфрама. Эти сплавы менее прочны и более износостойки, чем сплавы первой группы.
Титановольфрамовые сплавы применяют для чистового (Т30К4) и чернового (Т15К6, Т5К10) точения, фрезерования и строгания стали.
Трехкарбидные твердые сплавы содержат еще и карбиды тантала и поэтому называются титанотанталовольфрамокобальтовыми (группа ТТК). В марках ТТ7К12, ТТ8К6, ТТ20К9 цифра перед К показывает суммарное процентное содержание карбидов титана и тантала, после К - содержание металлического кобальта, остальное - карбиды вольфрама. Сплавы обладают повышенной прочностью, износостойкостью и вязкостью.
Состав (массовая доля основных компонентов, %) и твердость HRA некоторых твердых сплавов даны в таблице 10.
Титанотанталовольфрамокобальтовые сплавы применяют при черновой и чистовой обработке труднообрабатываемых материалов, в том числе жаропрочных сплавов и сталей.
Разработаны твёрдые сплавы, не содержащиеся дефицитного вольфрама. Безвольфрамовые твердые сплавы на основе Ti + Ni + Mo – сплав ТН-20 (цифра показывает суммарное содержание Ni и Mo) и на основе карбонитрида титана Ti(NC) + Ni + Mo – KHT- 16. Никель и молибден образуют связывающую матрицу, применяются при получистовом и чистовом точении и фрезеровании сталей и цветных металлов.
Вопросы для повторения раздела.
1. Каковы достоинства и недостатки углеродистых инструментальных сталей?
2. Назовите преимущества легированных сталей для режущего инструмента по сравнению с углеродистыми.
3. Укажите марки быстрорежущих сталей.
4. Каким образом достигается упрочнение быстрорежущих сталей?
5. Каким требованиям должна отвечать сталь для штампов деформирования в холодном состоянии? Приведите примеры марок сталей.
6. Укажите стали для штампов горячего деформирования.
7. Что собой представляют твердые сплавы?
8. Назовите классификацию и назначение твердых сплавов.
9. Какие Вы знаете безвольфрамовые твердые сплавы?





12. Термическая обработка деталей машин.
12.1. Коленчатые валы.
Коленчатые валы работают в условиях высоких нагрузок, а шейки вала подвергаются интенсивному износу. Термическая обработка коленчатых валов преследует две цели: повысить их прочность и износостойкость. Изготовляют коленчатые валы из стали и из высокопрочного чугуна. Коленчатые валы автомобильных и тракторных двигателей, компрессоров изготовляют из сталей 45, 50Г, 30ХГ2, 47ГТ, 40ХН и др. (горячей штамповкой). Благодаря штамповке получается хорошая макроструктура - волокна металла не перерезаются, а соответствуют конфигурации вала (рис. 56).

Рис. 56. Схема макроструктуры коленчатого вала:
а – штампованного; б – вырезанного из заготовки.

После штамповки валы подвергают нормализации – нагреву до температуры выше точки АС3 на 40–50° С и последующему равномерному охлаждению на воздухе. Применяют также нормализацию штампованных заготовок коленчатых валов с использованием тепла после горячей штамповки. Например, штампованные заготовки валов из стали 45 подвергают нормализации в специальной щелевой нормализационной печи с подвесным конвейером. Перед поступлением в рабочую камеру печи, нагретую до 850° С, штампованные заготовки валов проходят через специальный коридор, где охлаждаются с 1050–1100° С до 600–650° С. После нормализации штампованные заготовки проходят через камеру предварительного охлаждения и выдаются на воздух.
После нормализации штампованные заготовки для обработки поступают на металлорежущие станки, а затем шатунные и коренные шейки валов подвергают поверхностной закалке при индукционном нагреве, для чего применяют автоматизированные установки, на которых производят последовательный нагрев и охлаждение каждой шейки. Время нагрева и охлаждения шеек регулирует реле времени. За счет сокращения длительности охлаждения проводится самоотпуск шеек (температура самоотпуска 240–250° С). Для закалки коленчатых валов в поточной линии устанавливают специальные станки. Получают закаленный слой толщиной 3–5 мм, а твердость поверхности шеек HRC 56–62, микроструктура слоя – мелкоигольчатый мартенсит. Если закаленный слой не доходит до переходной поверхности (рис. 57, а), то вредные напряжения растяжения, выходящие на поверхность в месте обрыва закаленного слоя, располагаются вблизи переходной поверхности.
Литые коленчатые валы из высокопрочного магниевого чугуна по сравнению со стальными штампованными валами имеют преимущества, а поэтому находят широкое применение в двигателях, например автомобилей, тепловозов и т. п. Наиболее благоприятной структурой высокопрочного чугуна является структура зернистого перлита с шаровидным графитом. Структура зернистого перлита может быть получена только при определенном химическом составе и термической обработке высокопрочного чугуна.


Рис. 57. Расположение закаленного слоя на шейке вала

Рекомендуется следующий химический состав высокопрочного магниевого чугуна для коленчатых валов автомобильных двигателей: 3,4–3,6% С; 2–2,2% Si; 1,15–1,3% Мn; 0,15–0,25% Сr; 0,03–0,06% Мg; менее 0,005% S; менее 0,12% Р. Повышенное содержание марганца в чугуне необходимо для повышения стойкости эвтектоидного цементита, чтобы при термической обработке происходила сфероидизация, а не графитизация эвтектоидного цементита.
Термическая обработка коленчатых валов проводится по следующему режиму: нормализация – нагрев до 950–960° С, выдержка 8 ч, охлаждение со скоростью 30–60° С/мин до 600° С; отпуск – нагрев до 725–740° С, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе. Получаемая структура – зернистый перлит и шаровидный графит, твердость НВ 207–241.
Термическую обработку коленчатых валов целесообразно проводить в печах с защитной атмосферой, и для уменьшения коробления нагревать коленчатые валы на специальных поддонах.


12.2. Зубчатые колеса.
Зубчатые колеса из цементуемых сталей. Зубчатые колеса широко применяют в машинах, механизмах и приборах различных отраслей машиностроения. Наилучшая макроструктура зубчатых колес получается при штамповке, когда расположение волокон соответствует конфигурации колеса, так как в этом случае прочность на изгиб повышается.
При выборе стали для изготовления зубчатых колес необходимо учитывать ее стоимость, обрабатываемость, прокаливаемость и деформацию колеса при термической обработке. Так как основным элементом зубчатого колеса является зуб, применяемые стали и методы упрочнения должны обеспечивать высокую контактную и усталостную прочность, прочность при изгибе, ударе и износостойкость зуба.
Цементуемые зубчатые колеса изготовляют из сталей 20Х, 12ХНЗА, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 25ХГМ, 20ХН2М, 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ, 20ХГР, 18Х2Н4ВА и др.
Для подготовки структуры к обработке колес на металлорежущих станках и для улучшения механических свойств готовых зубчатых колес штампованные заготовки перед обработкой на металлорежущих станках подвергают термической обработке отжигу (полному, изотермическому) или нормализации, или нормализации с высоким отпуском.
Наилучшей для резания (получение наименее шероховатой поверхности металла) является структура после изотермического отжига по режиму: нагрев до температуры в точке АС3 + 50° С, выдержка, кратковременное переохлаждение до 480500° С и изотермическая выдержка при 580600° С.
Зубчатые колеса из хромомарганцетитановых сталей (18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ) подвергают газовой цементации (при температуре 920–950° С) с непосредственной закалкой из цементационной печи после предварительного подстуживания до 840–860° С. После закалки зубчатые колеса подвергают отпуску при 180–200° С. На поверхности достигается твердость HRC 56–62, а в сердцевине HRC 30–45 (нижний предел для стали 18ХГТ, верхний – для стали 30ХГТ). Микроструктура цементованного слоя – мелкоигольчатый мартенсит с мелкими включениями карбидов и небольшим количеством остаточного аустенита; сердцевины – сорбит (для стали 18ХГТ) и троостосорбит (для стали 30ХГТ).
Зубчатые колеса из хромоникелевых сталей 12Х2Н4А, 20Х2Н4А и других непосредственной закалке не подвергают – получается большое количество остаточного аустенита, что снижает твердость поверхности зуба. Поэтому зубчатые колеса из этих сталей после цементации охлаждают на воздухе, подвергают высокому отпуску при 600–650° С (для подготовки структуры цементованного слоя под закалку; во время отпуска происходит распад остаточного аустенита и мартенсита и выделяются карбиды), закаливают в масле от 800–820° С и подвергают низкому отпуску при 180–200° С.
Для уменьшения деформации зубчатых колес применяют следующие способы: 1) ступенчатую закалку; нагретые зубчатые колеса охлаждают в ванне с маслом или расплавленной солью с температурой 150–180° С и после выдержки в ванне для выравнивания температуры по сечению зубчатого колеса до температуры ванны охлаждают на воздухе до температуры 20° С; 2) закалку на специальных фиксирующих оправках, которые устанавливают в отверстии зубчатого колеса; 3) ступенчатую закалку в сочетании с фиксирующими оправками; зубчатое колесо помещают на оправку после выдержки его в горячей среде и затем охлаждают до температуры 20° С вместе с оправкой.
Зубчатые колеса из улучшаемых сталей. Зубчатые колеса изготовляют из улучшаемых сталей, например 45, 40Х, 40ХН и др., а также из стали 55ПП пониженной прокаливаемости. В зависимости от условий работы зубчатые колеса подвергают различной термической обработке: нормализации, улучшению, закалке и низкому отпуску, цианированию (нитроцементации) с последующей закалкой и отпуском.
Зубчатые колеса, работающие при низких скоростях и малых давлениях, изготовляют из стали 45 и подвергают нормализации при 850–870° С (твердость НВ 170–217) или улучшению – закалке в воде от 820–840° С и отпуску при 520–550° С (НВ 220–250). Зубчатые колеса, работающие при значительных изгибающих нагрузках и небольших скоростях, изготовляют из легированных среднеуглеродистых сталей и подвергают улучшению–закалке в масле и отпуску при 600–650° С (НВ 230–260). Зубчатые колеса, работающие при средних скоростях, средних давлениях и небольших ударных нагрузках, изготовляют из легированных среднеуглеродистых сталей. Режимы термической обработки зубчатых колес из этих сталей следующие: а) закалка в масле и отпуск при 180–200° С (НRС 50–55); б) цианирование (нитроцементация) при 830–850° С, закалка в масле и отпуск при 180–200° С (HRC 55–60); толщина слоя должна быть в пределах 0,2–0,3 мм, для чего необходима выдержка 30–50 мин при цианировании и 1–2 ч при нитроцементации.
Большое распространение в заводской практике получила поверхностная закалка зубчатых колес при индукционном нагреве. Закалка в этом случае проводится двумя методами: 1) со сквозным нагревом зубьев; 2) с нагревом только контактных поверхностей зуба (закалка «по зубу») или с одновременным нагревом контактных поверхностей и впадины (закалка «по впадине»).

12.3. Полуоси.
Полуоси являются тяжело нагруженными деталями, к которым предъявляются требования высокой статической и усталостной прочности, а также достаточно высокой твердости и износостойкости. Полуоси изготовляют ковкой-штамповкой, в результате чего направление волокон весьма точно повторяет внешние очертания детали, придавая ей наибольшую прочность. Поковки полуосей, изготовленных из легированных сталей (например, из стали 40ХГТР), подвергают нормализации (880° С) с последующим отпуском при 680–700° С. После обработки на металлорежущих станках полуоси подвергают объемной термической обработке по режиму: нагрев 860–880° С, закалка в масле, отпуск при 220°С с получением твердости HRC 50–52 или отпуск при 450–500° С с охлаждением в горячей (50° С) воде в связи с отпускной хрупкостью с получением твердости HRC 42–45. Полуоси из среднеуглеродистых сталей и подвергают поверхностной индукционной закалке с низким отпуском.

Рис. 58. Индуктор для нагрева под закалку полуоси автомобиля

Наиболее прогрессивной является технология поверхностной закалки при глубинном нагреве полуосей из стали регламентированной прокаливаемости марки 47ГТ (0,44–0,50% С; 0,9–1,2% Мn; (0,17% Si, 0,06–0,12% Тi). Для поверхностной закалки при глубинном нагреве полуосей применяют специальный станок-автомат. Нагрев полуоси 1 (рис. 58) осуществляется в индукторе, состоящем из одновитковой секции 2 для нагрева переходной поверхности фланца и многовитковой секции 3 для нагрева стержня (зазор 13 мм) и шлицевого конца (зазор 15 мм). Температура нагрева 890° С, общая выдержка 78 с.


12.4. Клапаны двигателей внутреннего сгорания.
Клапаны имеют грибовидную форму. Обычно их штампуют, в результате чего волокна располагаются соответственно конфигурации клапана. По условиям работы на двигателе клапаны разделяют на выпускные и впускные.
Условия работы головки и стержня выпускного клапана различны. Головка клапана в процессе работы сильно нагревается (до 600° С и выше), стержень изнашивается, а конец стержня изнашивается и сминается. Поэтому материал выпускного клапана должен сохранять свои механические свойства при высоких температурах (обладать жаропрочностью), не подвергаться местной закалке при остывании, не давать остаточных

Рис. 59. Схема установки для алитирования клапанов

деформаций, не подвергаться коррозии при высоких температурах, обладать высоким сопротивлением износу и смятию. Указанным требованиям удовлетворяют окалиностойкие и жаропрочные стали 40Х9С2 и 40Х10С2М, из которых в основном и изготовляют выпускные клапаны.
Эти стали имеют высокие критические точки: для стали 40Х9С2, температура в точке АС1 900° С, а .в точке АС3 970° С; для стали 40Х10С2М температура в точке АС1 900° С, а в точке АС3 950° С. После штамповки клапаны подвергают отжигу при 850–900° С (НВ 197–241). Закалку клапанов проводят двойную – всего клапана и затем конца стержня. Первая закалка (всего клапана) от 1050–1100° С с охлаждением в масле, затем отпуск при 800–850° С с охлаждением в воде (для предотвращения отпускной хрупкости), HRC 30–36. Вторая закалка (конца стержня клапана на длине 4–7 мм) от 1050–1100° С с охлаждением в масле, затем отпуск при 720–750° С, HRC – 40. Нагрев конца стержня клапана для закалки проводится с помощью т. в. ч. или в установке для концевого нагрева в электролите.
Для повышения жаростойкости головку клапана целесообразно подвергать алитированию. На рис. 59 показана схема установки для алитирования клапанов методом погружения в расплавленный алюминий. Клапаны 1, предварительно обезжиренные паром, конвейером подаются к ванне 2 и погружаются головками в расплавленный флюс (40% NаС1, 40% КС1, 10% криолита А1F3·3NaFe, 10% фтористого алюминия А1F3), где выдерживаются 3 мин. В этой же ванне находится тигель 3 с расплавленным алюминием, который автоматически поднимается в тот момент, когда над ним проходит клапан и головка клапана погружается в расплавленный алюминий (температура 720–735° С) и выдерживается 5 с. Затем тигель 3 опускается, и клапан перемещается в камеру 4, где излишек алюминия сдувается горячим воздухом. В результате алитирования на поверхности головки клапана образуется слой общей толщиной 0,04–0,05 мм, состоящий из слоя чистого алюминия и диффузионного слоя химического соединения Fe2А15. В связи с тем, что условия работы головки и стержня клапана различны, а стержень в процессе работы не нагревается, для экономии жаропрочной стали клапаны иногда изготовляют сварными: головка из жаропрочной стали, а стержень из менее легированной стали (обычно из стали, применяемой для впускных клапанов).
Впускные клапаны изготовляют в основном из сталей 40Х и 40ХН. Клапаны из стали 40Х закаливают в масле от 850–870° С и отпускают при 600–630° С (HRC 30–36). Затем закаливают конец стержня клапана от 820° С с охлаждением в масле (HRC 40–45).
Термическую обработку впускных клапанов можно проводить с использованием тепла после штамповки. При таком способе осуществляют: 1) непосредственную закалку в масле после штамповки с предварительным подстуживанием до 800–850° С или без подстуживания и отпуск при 600–630° С; 2) изотермическую закалку по режиму: штамповка поковок, перенос их в изотермическую среду (щелочь или селитру) с температурой 390–500° С, выдержка 15 мин, охлаждение в воде, промывка в растворе
хромпика и окончательная промывка в проточной воде. Наиболее, целесообразным является первый вариант как более простой.

12.5. Пружины и рессоры.
Общие сведения. Пружины и рессоры испытывают в работе многократные знакопеременные нагрузки и после снятия нагрузки должны полностью восстанавливать свои первоначальные размеры. В связи с такими условиями работы металл, применяемый для изготовления пружин и рессор, должен обладать, кроме необходимой прочности в условиях статического, динамического или циклического нагружений, достаточно хорошей пластичности, высокими пределами упругости и выносливости и высокой релаксационной стойкостью, а при работе в агрессивных средах (атмосфере пара, морской воде и др.) должен быть также и коррозионно-стойким.
Высокие свойства (максимальные пределы упругости и выносливости) пружины и рессоры имеют при твердости HRC 40–45 (структура–троостит), которая достигается после закалки (с равномерным и полным мартенситным превращением по всему объему металла) и среднего отпуска при 400–500° С (в зависимости от стали).
Для изготовления пружин применяют углеродистые и легированные стали, а для приборов – сплавы цветных металлов, главным образом бериллиевую бронзу. Рессоры изготовляют только из легированных сталей.
Пружины и рессорные листы упрочняют следующими способами: 1) холодной пластической деформацией с последующим низкотемпературным нагревом (отпуском, старением); 2) закалкой с последующим отпуском (упрочнение в результате мартенситного превращения); 3) закалкой с последующим старением (упрочнение в результате дисперсионного твердения).
Упрочнение холодной пластической деформацией. Для изготовления средних и мелких витых пружин широко применяют патентированную проволоку (диаметром до 8 мм), изготовляемую из среднеуглеродистых сталей с содержанием марганца 0,3–0,6% и сталей 65Г и 70Г с содержанием марганца 0,7–1,0%, а также из углеродистых инструментальных сталей. После навивки в холодном состоянии пружины подвергают низкому отпуску (175–250° С, выдержка 15–20 мин в зависимости от диаметра проволоки) для снятия напряжений, повышения пределов упругости и выносливости, релаксационной стойкости и обеспечения стабильности размеров пружины.
Упрочнение закалкой с последующим отпуском. Для изготовления пружин, упрочняемых термической обработкой (закалкой и отпуском), применяют углеродистые (65, 75) и легированные (60С2А, 50ХФА, 60С2Н2А и др.) стали, для рессор – только легированные стали, для пружин, работающих в агрессивных средах–нержавеющие стали 30X13, 40X13, 12Х18Н10Т и др.
Углеродистые стали в связи с их малой прокаливаемостью применяют для изготовления пружин из проволоки диаметром до 6 мм. Преимущество кремнистой стали по сравнению с углеродистой – ее повышенная прокаливаемость и более высокие прочность и пластичность. Недостатком этой стали является повышенная склонность к образованию поверхностных дефектов при горячей обработке, обезуглероживанию и графитизации. В результате обезуглероживания наружной поверхности пружин или рессор резко снижается их сопротивляемость длительным нагрузкам. Поэтому нагрев пружин и рессор необходимо проводить с предохранением от обезуглероживания или (для устранения вредного влияния обезуглероженного слоя) подвергать их после термической обработки обдувке дробью.
Нержавеющие стали применяют для изготовления пружин, работающих в коррозионной среде и повышенных (до 400° С) температурах. Пружины из высокохромистых нержавеющих сталей мартенситного класса (30X13, 40X13 и др.) закаливают от температуры 1000–1050° С в масле (пружины из стали 40X13 можно охлаждать также и на воздухе); структура после закалки – мартенсит. Отпуск после закалки проводят в зависимости от условий работы пружин: при 550–500° С для пружин, работающих при повышенных температурах, и при 300–350° С – для пружин, работающих при температуре 20° С (при более высокой температуре отпуска понижается стойкость к коррозии под напряжением). Очень высокая прокаливаемость этих сталей позволяет изготовлять из них пружины больших сечений.
Цилиндрические пружины нагревают в горизонтальном положении. Для предупреждения коробления при нагреве на поду печи располагают швеллерные балки, на которые укладывают пружины. Для закалки пружин сжатия применяют приспособление, показанное на рис. 60, представляющее собой стальной стакан (внутренний диаметр которого на 0,3–0,4 мм больше наружного диаметра пружины, а высота на 10–12 мм больше высоты пружины) с отверстием в дне, равным среднему диаметру пружины. В приспособление помещают пружину и загружают его в печь. После нагрева до заданной температуры и выдержки приспособление вместе с пружиной вынимают из печи и охлаждают в масле (в горизонтальном положении при непрерывном покачивании). Закаленную пружину выталкивают из приспособления, нажимая на нее со стороны отверстия в стакане.
Коробление пружины, полученное при закалке (рис. 61, а), можно устранить при отпуске. Закаленную пружину надевают на оправку и зажимают клином (рис. 61, б). В таком состоянии осуществляют отпуск пружины. После отпуска на оправке коробление пружины, полученное при закалке, устраняется (рис. 61, в).


















12.6. Детали подшипников.
Особенности технологии изготовления и сборки.
Производство шариков для подшипников.
1. Нарезка заготовок для шариков подшипников (рис.62)
Из бухты стальной проволоки нарезаются заготовки имеющие грубую форму будущего шарика. Заготовки, помещенные между двумя дисковыми матрицами с канавками, обкатываются до придания им шарообразной формы (максимальное давление 20 тонн). Таким образом получают шарики с допуском 100 микрон от финального размера. 









Рис. 62. Нарезка заготовок для шариков подшипников
2. Формовка шариков для подшипников (рис. 63)
Холодная или горячая формовка шариков для подшипников - следующая производственная стадия. Металлическую проволоку, диаметр которой приближенно равен диаметру готового шарика, пропускают через высадочный станок. В станке имеются металлические углубления в форме полушарий. Стальные диски смыкаются на проходящей через станок проволоке, формируя металлические заготовки в форме шариков. Однако, вокруг шариков остаются металлические ободки так, что заготовки напоминают планету Сатурн. Затем шарики подвергаются термической обработке: нагреву, закалке и отжигу, придающими шарикам необходимую твёрдость.












Рис. 63. Формовка шариков для подшипников
3. Шлифовка шариков для подшипников (рис. 64).
Следующим этапом является шлифовка подшипниковых шариков до достижения размера с точностью 10 микрон от финального. Заготовки поступают в станок, отделяющий  лишние  ободки. В станке шарик вращается между двумя толстостенными металлическими листами. Один лист закреплен стационарно, а другой вращается в листах выработаны  желоба профиль листов которые организуют круговое движение шариков. Один из листов имеет отверстие, через которое шарики поступают на обработку и удаляются из процесса. Во время работы машины желоба полностью заполнены шариками. Пройдя весь путь шарик вываливается в открытую секцию и перекатывается там некоторое время пока не попадет в желоб другой. Пройдя много желобов шарики выходят из машины одного размера, несмотря на некоторую разницу в размерах самих желобов.









Рис. 64. Шлифовка шариков для подшипников
4. Финальная операция - промывка, 100-процентный контроль, упаковка.
Производство колец подшипников.
Подшипники по своей функции высокотехнологичные изделия (вращение двух элементов относительно друг друга), несущие высокие нагрузки, точность и минимальное сопротивление. Каждому типу подшипника соответствует своя технология изготовления, но в общем составляющие технологического процесса одинаковы: - подготовительные операции - термическая обработка - шлифовка - сборка
Технологический процесс производства колец подшипника:
1. Подготовительные операции:
- удаление поверхностного слоя материала (токарная обработка) - деформация (штамповка, ковка или вальцовка)
Исходные материалы - стержни или трубы из стали
 Штамповка - холодная деформация материала(лист) и вырубка (технически близка к ковке)
Горячая штамповка - деформация предварительно нагретой заготовки
Вальцовка - деформация нагретого металла обкаткой
Производство изделия на токарном автомате - удаление поверхностного слоя холодного металла с помощью режущего инструмента на многошпиндельном токарном станке
Обтачивание - технически то же, что и токарная обработка, но выполняемая на одношпиндельном станке
2. Термическая обработка
Цель: повысить твёрдость материала
Нагрев до 850° С  - аустенизация для изменения структуры материала
 Закалка при 40° C - быстрое охлаждение для закрепления структуры материала и получения более значительной твёрдости
 Отпуск при 170° C - повторный нагрев для уменьшения влияния теплового удара (закалки) на внутреннюю структуру и стабилизации свойств материала 3. Шлифование придаёт окончательную форму обрабатываемым кольцам и улучшает состояние поверхности (шероховатость). Технологические операции производятся с помощью различных абразивных инструментов.
Процесс сборки подшипника. Конечным этапом производства подшипника является его сборка, состоящая из следующих операций:
- соединение различных элементов подшипника
- выполнение дополнительных работ (смазка, маркировка)
На всех перечисленных этапах производства работы выполняются в соответствии с требованиями по обеспечению качества.
Сборка подшипника - достаточно тонкая и тяжелая операция. Подшипник является элементом, не предназначенным для ремонта (в смысле периодической переборки). Точность сборки требует подбирать элементы подшипника парами.
Последовательность сборки подшипника (рис. 65 - а, б, в, г, д):
1. Шарики, тела качения подшипника, размещаются на беговой дорожке внешнего кольца подшипника (рис. 65, а). Окончательное их распределение будет обеспечено сепаратором (на заднем плане полусепаратор). 
2. Вставка внутреннего кольца подшипника (рис 65, б). По условиям монтажа количество вращающихся тел качения (шариков, роликов) ограничено. При очень большом количестве шариков и роликов монтаж будет невозможен, даже если кажется, что для них есть место.
3. Внутреннее кольцо подшипника центрируется опорой на шарики, укладываясь на сегмент окружности,  образованный шариками (рис. 65, в). Этот сегмент не должен превышать 180° -  еще одно ограничение количества шариков-тел качения подшипника.
4. С целью окончательного кольцевого распределения в соответствии с сепаратором подшипника шарики раздвигаются (рис. 65, г).
5. Две части сепаратора подшипника вставляются с одной и с другой стороны, затем соединяются сваркой или пайкой в соответствии с размерами, качеством и требованиями конструкции подшипника (рис. 65, д).







а) б)








в) г) д)
Рис.65. (а, б , в, г, д) . Последовательность сборки подшипника
Зазор в подшипнике определяется как расстояние, на которое наружное кольцо подшипника может быть смещено относительно внутреннего кольца, при отсутствии нагрузки. Смещение в радиальном направлении называется радиальным зазором (рис. 66, б). Смещение в осевом направлении – осевым зазором (рис. 66, а).
Небольшой зазор всегда необходим для избежания контакта металла с металлом в подшипнике между движущимися частями. Поэтому, прежде чем выбрать подшипник, необходимо внимательно изучить, что его окружает.







а) б)

Рис. 66. Зазор в подшипнике:
а) осевой б) радиальный
Разный зазор необходим для:
- посадки с натягом;
- увеличения вала или уменьшения корпуса под воздействием температуры; - использования в качестве вала или корпуса других материалов, например алюминия; - компенсации номинального смещения подшипника относительно других частей.
Подшипники выбираются согласно требуемой скорости вращения, динамической и статической нагрузкам. Определенно, подшипники нельзя выбрать случайным образом. Каждый тип подшипника сконструирован для выполнения определенной работы. Неправильно выбранный подшипник в большинстве случаев быстро выйдет из строя.
Посмотрим на основные типы нагрузок, которые действуют на каждый подшипник (рис. 67, а,б). На самом деле их существует всего три типа:

а) б) в)
Рис. 67. Основные типы нагрузок:
а) радиальная б)осевые в)комбинированные
Общие сведения. Наряду с высокими точностью обработки и качеством отделки рабочих поверхностей металл для деталей подшипников качения и термическая обработка их являются основными факторами, определяющими срок службы подшипников. При работе подшипников качения кольца, шарики и ролики подвергаются: а) воздействию высоких удельных нагрузок переменного характера, вследствие чего в металле возникают явления усталости, в частности развивается контактное выкрашивание; б) износу от трения; в) химическому износу вследствие контакта с атмосферой или смазкой, содержащей примеси; г) абразивному износу; д) напряжениям от раздавливающей нагрузки.
Для изготовления деталей подшипников применяют стали ШХ15 (0,95–1,05% С; 1,30–1,65% Сr; 0,2–0,4% Мn; 0,17– 0,37% Si) и ШХ15СГ (0,95–1,05% С; 1,30–1,65% Сr; 0,9–1,2% Мn; 0,40–0,65% Si); в обеих сталях содержится не более 0,02% 5 и 0,027% Р. После ковки структура стали – пластинчатый перлит и тонкая разорванная карбидная сетка, твердость НВ 255–340, обрабатываемость стали с такой структурой и твердостью затруднена.
Для снижения твердости до НВ 178–207 и получения структуры зернистого перлита, обеспечивающей хорошую обрабатываемость, заготовки подвергают отжигу при 780–800° С с последующим медленным охлаждением (15–25° С/ч) в интервале температур 650–760° С. Ускоренное охлаждение при отжиге (100–300° С/ч) вызывает образование мелкодисперсной структуры с повышенной твердостью. Очень медленное охлаждение (~5° С/ч) приводит к образованию крупнозернистого перлита; такая структура обладает низкой твердостью, но неблагоприятна для последующей закалки. Нормальной структурой после отжига является структура мелкозернистого перлита.
На процесс закалки подшипниковых деталей влияет хром. Хром увеличивает количество избыточных карбидов в структуре стали и уменьшает чувствительность к перегреву. Вследствие присадки хрома уменьшается критическая скорость закалки и увеличивается прокаливаемость. Небольшая критическая скорость закалки необходима для того, чтобы можно было детали закаливать в масле. При закалке в масле происходит частичный отпуск мартенсита, что снижает напряжения.
Температура закалки подшипниковых сталей колеблется в пределах 790–870°С в зависимости от массы деталей: чем крупнее деталь, тем выше температура закалки. Охлаждение проводится в масле (кольца, ролики) или в растворе соды, или поваренной соли в воде (шарики). После закалки и отпуска твердость HRC 62–65. Оптимальной структурой закаленной подшипниковой стали является скрытокристаллический мартенсит с равномерно распределенными мелкими избыточными карбидами.

12.7. Металлические сплавы в ДВС
Поршневые ДВС состоят из механизмов и систем, выполняющих заданные им функции и взаимодействующих между собой. Основными частями такого двигателя являются кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм, а также системы питания, охлаждения, зажигания и смазочная система.
Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала (рис . 68.).
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Рис. 68: 1,6 крышки; 2 опора; 3,9 полости; 4,5 прокладки; 7 горловина; 8, 22, 28, 30 головки; 10 картер; 11 блок цилиндров; 12 16, 20 приливы; 17, 33 отверстия; 18, 19 кольца; 21 канавки; 23 днище; 24 поршень; 25 юбка; 26 палец; 27 шатун; 29 стержень; 31, 42 болты 32, 44 вкладыши; 34 -коленчатый вал; 35, 40 концы коленчатого вала; 36,38 шейки; 37 щека; 39 противовес; 41 шайба; 43 маховик; 45 - полукольцо

Блок цилиндров 11 с картером, отливаются из алюминиевого сплава (АЛ9) отдельно от цилиндров. Цилиндрами являются легкосъёмные чугунные гильзы.
Гильзы цилиндров изготовляются методом центробежного литья из:
-серых и малолегированных чугунов (СЧ20, СЧ25) перлитной структуры со среднепластинчатым неориентированным графитом, с добавками хрома, молибдена, фосфора, меди, ванадия для повышения износо- и коррозионной стойкости поверхности цилиндра;

-азотируемых сталей;

-алюминиевых заэвтектических сплавов с протравливанием рабочих поверхностей цилиндра до появления на них вкраплений кремния для повышения износостойкости.
Головка цилиндров 8 является одним из наиболее нагруженных элементов двигателя. Она нагружается усилиями от предварительной затяжки, воспринимает и передает на анкерные связи усилия от давления газов.
В головках из чугуна температура поверхности камеры сгорания достигает 350 ° С, перепады температур между отдельными точками доходят до 150 °С, а градиенты температур составляют 6...10 К/мм. В головках из алюминиевых (АК6М2, АЛ4) сплавов, обладающих лучшей теплопроводностью, максимальные температуры не превышают 300 °С, перепады температур достигают 60 ° С, а градиенты температур 1,5...2 К/мм. Более благоприятное тепловое состояние головок из алюминиевых сплавов позволяет успешно использовать их в двигателях, форсированных наддувом.
Прокладки 4 служат для предотвращения прорыва газов и охлаждающей жидкости между головкой и блоком цилиндров.
В автотракторных двигателях в основном используют прокладки следующих конструкций:
цельнометаллические в виде листа из мягкой стали, меди или алюминия;
наборно-металлические, представляющие собой набор (пакет) нескольких тонких листов мягкого металла;
прокладки с основой в виде сетки или перфорированного листа из стали или алюминия с наполнителем из листов графитизированного термостойкого картона. Для повышения прочности картон пропитывают резиной или специальными связующими жаростойкими материалами.
Поршень 24 служит для восприятия давления газов при рабочем ходе и осуществления вспомогательных тактов (впуска, сжатия, выпуска).
К материалам поршней предъявляются следующие требования: малая плотность, высокая прочность, низкая склонность к трещинообразованию и усталости, термо- и износостойкость, малая теплопроводность, невысокий коэффициент линейного расширения, низкая стоимость материала и технологии изготовления поршня. С учетом специфики работы поршней для их изготовления в настоящее время в основном используют:
- сплавы алюминия с кремнием (ЖЛС, АК10М2Н) силумины двух видов: доэвтектические с содержанием кремния 11...14% и заэвтектические 17...25%.
- чугун в качестве материала для поршней по сравнению с алюминиевым сплавом обладает следующими положительными свойствами: более высокими твердостью и износостойкостью, жаропрочностью, одинаковым коэффициентом линейного расширения с материалом цилиндра.
- керамика, для изготовления поршней, наилучшим образом отвечает требованиям, предъявляемым к материалам поршневой группы. Это малая плотность при высоких прочности, термо-, химико- и износостойкости, теплопроводности и оптимальном значении коэффициента линейного расширения.
Поршневой палец 26 - служит для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна.
Пальцы ДсИЗ изготовляют из среднеуглеродистых сталей 45 и 40ХА. Их наружная поверхность закаливается ТВЧ на глубину 1,0...1,5 мм для получения твердости HRC 52...60. Для пальцев дизелей и форсированных ДсИЗ используют легированные стали 15Х, 15ХА, 18Х2Н4МА и 12ХЗА, которые цементируют на глубину 1,0.-1,7 мм. Их поверхностная твердость достигает HRC 56...65. Дополнительная цементация пальца и полировка его внутренней поверхности позволяют повысить усталостную прочность на 15...20%. Поршневые пальцы, изготовляемые из азотируемых сталей, после соответствующей термообработки имеют на 35...45% большую усталостную прочность.
Поршневые кольца уплотняют полость цилиндра, исключат прорыв газов в картер двигателя (компрессионные 19) и попадание масла в камеру сгорания (маслосъемное 18).
В качестве материала для поршневых колец в основном применяют специальный серый высокопрочный чугун, который обладает стабильными показателями прочности и упругости при рабочей температуре в течение всего срока службы кольца, высокой износостойкостью в условиях граничного трения, хорошими антифрикционными свойствами, способностью достаточно быстро и эффективно прирабатываться к поверхности цилиндра. Легирующие добавки Сr, Ni, Mo, W способствуют повышению его жаропрочности до 340 °С. Наличие значительной части углерода в виде пластинчатого графита приводит к повышению адсорбирующих и смазывающих качеств поршневого кольца, а также снижает его чувствительность к концентраторам напряжений.
Шатун 27 служит для соединения поршня с коленчатым валом и передачи усилий между ними. В процессе работы двигателя шатуны подвергаются интенсивным знакопеременным нагрузкам от газовых и инерционных сил ; имеют повышенные до 100... 120
·С рабочие температуры.
Для изготовления шатунов двигателей с искровым зажиганием применяются стали 45, 45Г2, 40Г, 40Х, 40ХН, 40Р; для дизелей легированные стали с высоким пределом прочности 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА, 40Х2Н2МА, 40ХНЗА, 40Х2МА. Заготовки шатунов получают ковкой в штампах и подвергают механической и термической обработке (объемная закалка и высокотемпературный отпуск). Для повышения усталостной прочности шатуны обдуваются дробью и иногда полируются.
Шатунные подшипники скольжения компонуются из двух тонкостенных вкладышей.
Вкладыши бывают биметаллическими (стальная основа и антифрикционный слой) и триметаллическими (стальная основа, промежуточный, обычно медно-никелевый, и антифрикционный слои).
Болты выполняются из хромистых и хромоникельмолибденовых сталей З0Х, 35Х, 40Х, 45Х, 40ХНМА штамповкой на холодновысадочных автоматах с последующей накаткой резьбы и термической обработкой (закалка и высокий отпуск).
Коленчатый вал 34 воспринимает усилия от шатунов и передает создаваемый на нем крутящий момент трансмиссии автомобиля. От него также приводятся в действие различные механизмы двигателя (газораспределительный механизм, масляный насос, распределитель зажигания, насос охлаждающей жидкости и др.).
В качестве материалов для изготовления коленчатых валов двигателей используют стали 45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА. Для коленчатых валов двигателей с искровым зажиганием достаточно широко используют серые (СЧ75-50-03) и ковкие чугуны. Преимуществами чугунных валов являются меньшая стоимость, снижение припусков на механическую обработку и экономия стального проката.
Повышение усталостной прочности коленчатого вала может быть достигнуто закалкой шеек и галтелей вала ТВЧ при быстровращающемся вале с охлаждением под слоем жидкости с последующим низкотемпературным отпуском. При использовании среднеуглеродистых сталей и при закалке ТВЧ эффективным способом упрочнения галтелей является их пластическая деформация обкаткой роликами.
Значительное повышение надежности коленчатых валов достигается за счет азотирования, при котором усталостная прочность увеличивается в 1,5...2 раза и более чем на 20% возрастает износостойкость шеек.
Маховик обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала, накапливает энергию при рабочем ходе для вращения вала при подготовительных тактах и выводит детали кривошипно-шатунного механизма из мертвых точек. Маховик 43 представляет собой массивный диск, отлитый из чугуна (СЧ20, СЧ26). На обод маховика напрессован стальной зубчатый венец, предназначенный для пуска двигателя электрическим стартером.
Газораспределительный механизм (рис. 69.) обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания.












Рис. 69. Газораспределительный механизм автомобиля с цепным приводом: 1,22 - клапаны; 2- головка;3 – стержень; 4,20 – втулки; 5 –колпачок; 6 – шайбы; 7,8,17 – пружины; 9 – тарелка; 10 – сухарь; 11 – рычаг; 12 – фланец; 13 - корпус; 14 - распределительный вал; 15- шейка; 16 - кулачок ; 18 – болт; 19 - гайка; 21 -пластина; 23 - кольцо; 24, 27, 28- звездочки; 25 - цепь, 26 – успокоитель; 29 - палец; 30 - башмак; 31 - натяжное устройство
Распределительный вал 14 вращается на пяти опорах в специальном корпусе 13, укрепленном на головке цилиндров в девяти точках.
Изготовляются либо из малоуглеродистых (15Х, 20Х, 15Н2М, 12ХНЗА), либо из среднеуглеродистых (40, 45, 45Х) сталей. Заготовку распределительного вала получают ковкой в штампах с последующей механической обработкой опорных шеек и кулачков по копиру. Цикл термохимической обработки цементация для малоуглеродистых сталей и поверхностная закалка ТВЧ для среднеуглеродистых сталей на глубину 2...6 мм до твердости HRC 50...60. Затем опорные элементы вала (кулачки и шейки) шлифуются и полируются.
Клапаны 1, 22 (впускной и выпускной), служащие для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов, расположены в головке блока цилиндров наклонно в один ряд.
Клапаны подвергаются воздействию циклически меняющихся высоких интенсивных механических и тепловых нагрузок. Средняя за цикл температура головки впускного клапана на наиболее напряженных режимах работы ДВС достигает 300...420 °С. Для их изготовления используются стали 38ХС, 40ХН, 50ХН, 40ХН2МА, 40Х9С2, 40Х10С2М. Средняя температура головки выпускных клапанов в двигателях с искровым зажиганием может достигать 800...850°С (500...600°С в дизелях).
В связи с этим выпускные клапаны выполняют из жаропрочныx и коррозионно-стойких сплавов: 30Х13Н7С2, 45Х14Н14В2М, 45Х22Н4МЗ, ЭП 322, 55Х20Г9АН4. Для повышения долговечности и износостойкости на рабочую поверхность головки клапана и торец стержня наносят сплавы ЭП 869 (стеллит), ВЗК, Х20Н80 (нихром).
Направляющие втулки - выполняются спеканием из хромистой или хромоникелевой керамики с последующим сульфидированием и графитизацией путём проваривания в масле, содержащем раствор коллоидного графита. Пористая структура втулок позволяет хорошо удерживать смазку. Для предотвращения попадания в цилиндры по стержням впускных клапанов их уплотняют манжетами из маслобензостойкой резины.
Пружины клапанов - предназначены для компенсации инерционных сил, вызывающих разрыв кинематической связи между элементами МГР в фазе замедления клапана при его приближение к точке верхнего выстоя. Заготовки пружин получают методом холодной навивки полированной проволоки диаметром 3...6 мм из сталей С65, С65Г или 50ХФА. Пружины подвергаются закалке и среднему отпуску до HRC 4048. Для повышения усталостной прочности пружины обдуваются стальной дробью. С целью защиты от коррозии пружины оксидируют, оцинковывают или кадмируют.
Штанги - представляют собой стержень трубчатого сечения, изготовляемый из алюминиевого сплава (дюралюминия). В верхний и нижний концы стержня запрессовывают стальные наконечники, имеющие на нижнем конце сферическую поверхность, а на верхнем в зависимости от конструкции узла привода коромысла сферическую головку или сферическое гнезд. Опорные поверхности наконечников термически обрабатывают до HRC 50...60, шлифуют и полируют.
Толкатели - изготавливают из малоуглеродистых сталей 15Х и 20Х, хромоникелевых сталей 12ХН3А и серого чугуна. Опорную поверхность чугунных толкателей отбеливают. Боковые и внутренние поверхности толкателей из малоуглеродистых сталей цементируют, а из среднеуглеродистых сталей – закаливают ТВЧ до HRC 5060. Опорную поверхность стальных толкателей наплавляют легированным отбеленным чугуном.
Коромысла - представляют собой двуплечие. Коромысла имеют подшипниковые втулки из оловянистой бронзы. Заготовки коромысел отливают из чугуна или штампуют из сталей 20Х, 40Х,45. Опорные поверхности подвергают термообработке до HRC 5060.


12.8. Металлические сплавы в кузове и шасси
В процессе эксплуатации автомобилей рабочие поверхности большинства их деталей подвержены изнашиванию под влиянием сил трения, коррозионных воздействий и других причин. Кроме того, многие детали воспринимают при работе значительные динамические нагрузки, возникающие при сгорании газов в камере сгорания цилиндров двигателей, из-за действия инерционных сил, в результате частотных колебаний, при торможении автомобиля, ударах колес о препятствия (неровности дороги) и по другим причинам. Многие детали воспринимают систематические переменные нагрузки и поэтому могут подвергаться усталостным разрушениям. К таким деталям в первую очередь следует отнести продольные балки и поперечины рам, рессорные листы, пружины подвески, полуоси и др.
Материалы основных деталей рам (рис.70.) грузовых автомобилей:
Лонжероны (Сталь 14Г2АФ, 19ХГС, 12ГЮТ, 15ГЮТ)
Поперечины (Сталь 14Г2, 12ГС, 20ЮА)
Бампера (Сталь 20, 25)

Рис. 70. Лонжеронная рама: 1 – лонжерон; 2,4 – поперечины; 3 – буксирное устройство;5 – буфер; 6 - крюк
Материалы основных деталей подвески (рис. 71.) грузовых автомобилей:
Рессорные листы (Сталь 50ХГА, 60С2, 60С2ХГ)
Пружины подвески (Сталь 60С2А, 60С2ГФ)
Пластины торсиона (Сталь 50ХФА)










Рис. 71. Передняя подвеска
Материалы основных деталей коробок передач (рис. 72.) автомобилей:
Картер (СЧ15, СЧ20, СЧ25, АК12М2)
Крышки картеров (СЧ15, СЧ20, АЛ4, АЛ9, АК12М2)
Первичный вал (Сталь 30Х, 35Х, 40Х, 19ХГН, 25ХГМ)
Вторичный вал (Сталь 40Х, 20ХГНР, 60ПП)
Промежуточный вал (Сталь 20Х, 35Х)
Шестерни (Сталь 30Х, 35Х, 15ХГН2ТА)
Ось шестерен заднего хода (Сталь 40, 45Х, 19ХГМ)
Каретки синхронизатора (Сталь 30Х, 25ХГТ)
Шестерни, каретки синхронизатора, первичные и вторичные валы и блок шестерен промежуточного вала подвергаются обычно газовому цианированию или цементации, закалке и низкотемпературному отпуску с обеспечением поверхностной твердости на зубьях в пределах 5664 ИКС (точные значения чисел твердости зависят от марки стали и режима термической обработки). Оси шестерен и блоков шестерен могут подвергаться цианированию или цементации с последующей закалкой и низкотемпературным отпуском (применительно к сталям 25ХГМ, 15ХГН2ТА, 19ХГН и т. п.) или закалкой ТВЧ (стали 45, 40Х). Поковки перечисленных выше стальных деталей, кроме вторичных валов, подвергаются нормализации, поковки вторичных валов проходят улучшение.



Рис. 72. Продольный разрез коробки передач:
1 – первичный вал, 2 – подшипник выключения сцепления, 3 – муфта, 4 – крышка переднего подшипника, 5 – картер коробки, 6 – синхронизатор, 7 – шестерни второй передачи, 8 – шестерня-каретка первой передачи и заднего хода, 9 – вторичный вал, 10 – задняя крышка, 11 – шестерня привода спидометра, 12 – кронштейн, 13 – угловой редуктор привода спидометра, 14 – блок шестерен, 15 – пробка сливного отверстия, 16 – шестерня заднего хода.

Материалы основных деталей колесных тормозов и ступиц колес (рис.73.):
Ступицы колес (КЧ35-10, КЧ37-12, КЧ50-4, ВЧ50)
Тормозные барабаны (СЧ15, СЧ20, СЧ25, КЧ50-4)
Тормозные колодки (Сталь 08кп, 25,20, КЧ35-10)
Главные и колесные тормозные цилиндры гидротормозов изготовляются из серого чугуна, обычно марок СЧ15 или СЧ20 (для автомобилей ВАЗ из чугуна СЧ26). Поршни гидроцилиндров изготовляются из алюминиевых или цинковых сплавов, в частности марок АЛЮВ, Д1Т, ЦАМ4.1 и др. (для автомобилей ВАЗ из стали 12ХН).

Рис. 73. Передний тормозной механизм переднеприводных автомобилей ВАЗ: 1 – колодки; 2 – цилиндр; 3 – поршень; 4- кольцо; 5, 15 – колпачки; 6 –палец; 7 – щит; 8 – тормозной диск; 9 – направляющая; 10 – суппорт.

Материал основных деталей карданных передач (рис. 74.) автомобилей:
Трубы (Сталь 20, 15, 08кп)
Крестовины карданного шарнира (18ХГТ, 20Х, 15ХГН2ТА)
Вилки (Сталь С40)
Скользящие вилки (Сталь 30Х)
Шлицевые наконечники (Сталь 30Х, 40Х)
Фланцы вилки (Сталь 35, 40 ,45)
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рис. 74. Карданная передача
Характерная термическая обработка крестовин карданного шарнира газовая цементация или цианирование, закалка и низкотемпературный отпуск; поковки подвергаются нормализации.
Карданные вилки и шлицевые наконечники обычно подвергаются нормализации, иногда улучшению.
Шлицевые наконечники и наружные шлицы скользящих вилок могут закаливаться ТВЧ.
Материал основных деталей задних мостов автомобилей (рис.75.):
Картер главной передачи (КЧ35-10, КЧ45-7, КЧ37-12)
Картер заднего моста (Сталь 10, 30, 08кп, 40Х, 40Л)
Конические шестерни главной передачи (Сталь 20ХН2М, 20ХГНР, 25ХГНМТ)
Цилиндрические шестерни главной передачи (Сталь 18ХГТ, 25ХГНМТ)
Полуоси (Сталь 35, 40, 35Х2ГСМА,38ХГС)
Шестерни и полуоси (Сталь 20ХН2М, 18ХГТ, 20ХГНР)
Сателлиты (Сталь 20ХН2М, 19ХГН, 18ХГТ)
Крестовина (Сталь 30Х, 40Х, 19ХГН)
Чашка дифференциала (КЧ35-10, ВЧ-50, КЧ37-12)






Рис. 75. Задний ведущий мост легковых автомобилей ВАЗ:
1 тормозной барабан; 2, 77 - кольца; 3, 11, 19 подшипники; 4, 21 фланцы; 5, 21 - манжеты; 6 чашка; 7 балка; 8, 26 кронштейны; 9 полуось; 10, 31 гайки; 12 крышка; 13 сателлит; 14, 15, 22 шестерни; 16 картер; 18 - втулка; 23 ось; 24 шайба; 25 корпус; 27 пластина; 28 щит; 29 болт; 30 колпак; 32 окно
Шестерни главной передачи и бортовых передач обычно подвергаются газовой цементации (у автомобилей ВАЗ нитроцементации), закалке и низкотемпературному отпуску с обеспечением поверхностной твердости 5662 ИКС , (точные значения зависят от марки стали); шестерни дифференциала могут подвергаться также газовому цианированию (при тех же последующих операциях) ; для крестовин и осей сателлитов, если они изготовлены из малоуглеродистой стали, применяется такая же химико-термическая обработка, как и для шестерен дифференциала; при изготовлении указанных деталей из средне-углеродистых сталей применяется закалка ТВЧ; поковки всех перечисленных деталей проходят нормализацию.
Поковки полуосей всех марок автомобилей подвергаются в качестве термической обработки улучшению; шлицы перед шлифованием их базовых поверхностей (сборочных баз) в большинстве случаев подвергаются закалке ТВЧ.
Материал основных деталей передних неведущих мостов грузовых автомобилей (рис. 76.):
Балки передней оси (Сталь 30Х, 45, 40Х,40Л);поворотная цапфа ( Сталь 35Х, 40Х,45Х);шкворни поворотных цапф (Сталь 18ХГТ, 40, 45);рычаги рулевого управления (Сталь 30Х, 40Х, 45Х);продольная рулевая тяга (Сталь 35, 20, 35);поперечная рулевая тяга (Сталь 20,35,45)






Рис.76. Передний управляемый мост грузовых автомобилей ГАЗ: 1 колесо; 2 - тормозной барабан; 3 ступица; 4, 13 подшипники; 5 - гайка; 6 щит; 7 цапфа; 8 - шкворень; 9, 16 рычаги; 10, 15 - тяги; 11- шайба; 12 стопор; 14 балка
Балки передней оси, поворотные цапфы (кулаки), рулевого управления в качестве термической обработки подвергаются улучшению с обеспечением поверхностной твердости (в зависимости от марки стали) до 269-321 НВ. Шкворни подвергаются поверхностной закалке ТВЧ или для стали 18ХГТ цементации, закалке и низкотемпературному отпуску.
Материал основных деталей рулевых механизмов автомобилей (рис.77.):
Картер рулевого механизма (КЧ35-10, КЧ37-12, АЛ9, АК9)
Крышка картера (АЛ4, КЧ37-12, АЛ4, КЧ35-10)
Червяк (Сталь 18ХГ,35Х, 20ХН3А)
Вал рулевого механизма (Сталь 25ХГТ, 20)
Вал рулевой сошки (Сталь 18ХГТ, 30Х, 40Х)
Рулевая сошка (Сталь 40Х, 30Х, 35Х)




Рис. 77. Рулевой механизм легковых автомобилей ВАЗ повышенной проходимости: 1- сошка; 2,13 – манжеты; 3- втулка; 4 – картер; 5,12 – валы: 6 – ролик; 7 – винт; 8 – гайка; 9 – пробка; 10,16 – крышки; 11 - червяк; 14,18 – подшипники; 15 – регулировочные прокладки; 17 - ось



Червяки рулевых механизмов обычно подвергаются жидкостному или газовому цианированию, закалке (в масло) и низкотемпературному (высокому) отпуску.
Вал рулевой сошки может подвергаться газовому цианированию или цементации, закалке (в масло) и низкотемпературному (высокому) отпуску.


Вопросы для повторения раздела.
1. Какова технология термообработки коленчатых валов?
2. Какие из чугунов используются для производства коленчатых валов? Укажите режим термообработки и структуру после нее.
3. Укажите факторы, которые необходимо учитывать при выборе стали для изготовления зубчатых колес.
4. Какие технологии используют для термообработки зубчатых колес?
5. Обоснуйте технологию изготовления полуосей.
6. Какие стали используют для производства клапанов двигателей внутреннего сгорания?
7. С какой целью производится алитирование головки клапана?
8. Назовите способы упрочнения пружин и рессор.
9. Как можно избежать коробление пружин?
10. Какие стали и почему используются для изготовления деталей подшипников качения?

13. Медь и ее сплавы.
Медь – металл красного (светло-розового) цвета с плотностью 8,94 г/см3, имеющий кристаллическую решетку ГЦК, без полиморфных превращений и температурой плавления 1083°С.
Широкое применение меди обусловлено рядом ее ценных свойств и прежде всего высокой электро- и теплопроводностью. Медь принято считать эталоном электрической проводимости и теплопроводности по отношению к другим металлам. Медь обладает высокой пластичностью, хорошей коррозионной стойкостью, удовлетворительной жидкотекучестью. Медь и ее сплавы хорошо обрабатываются давлением, свариваются всеми видами сварки и легко поддаются пайке. На поверхности меди образуется плотная оксидная пленка, поэтому медь имеет высокую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, в атмосферных условиях и различных химических средах (органических кислотах, едких щелочах). Однако медь не противостоит воздействию азотной и соляной кислот, концентрированной серной кислоты, аммиака. Недостатком меди является сравнительно плохая обрабатываемость резанием.
Электрическая проводимость меди зависит от содержания примесей. При наличии даже небольшого количества примесей электрическая проводимость резко падает. По ГОСТ 859-78 в зависимости от содержания примесей различают следующие марки меди: М00 (99,99% Сu), М0 (99,97% Сu), М1 (99,9% Сu), М2 (99,7% Сu), М3 (99,5% Сu). Наиболее чистую медь марок М00, М0, М1, содержащую не более 0,1% примесей, применяют для проводников тока различных теплообменников. Медь остальных марок, более загрязненная примесями, пригодна только для производства сплавов различного состава и качества (М3, М4).
Наиболее часто встречающиеся в меди элементы подразделяют на две группы:
Растворимые в меди элементы алюминий (Al), железо (Fe), никель (Ni), стронций (Sr), цинк (Zn), серебро (Ag) повышают прочность и твердость меди и используются для легирования сплавов на медной основе.
Нерастворимые элементы свинец (Pb), висмут (Bi) ухудшают механические свойства меди. Висмут и свинец даже в тысячных долях процента резко ухудшают способность меди обрабатываться путем прокатки или волочения. С этими элементами медь образует легкоплавкие эвтектики, которые, располагаясь по границам зерен, при нагреве расплавляются и вызывают красноломкость меди, т.е. приводят к разрушению металла при горячей деформации. Висмут, будучи хрупким металлом, охрупчивает медь и ее сплавы. Свинец, обладая низкой прочностью, снижает прочность медных сплавов, однако вследствие хорошей пластичности не вызывает их охрупчивание. Кроме того, свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием медных сплавов, поэтому его применяют для легирования.
Механические свойства меди в большей степени зависят от ее состояния и в меньшей от содержания примесей. В отожженном виде медь весьма пластична (
· = 50%, HB 50,
·в = 240 МПа). В деформированном состоянии (при наклепе) пластичность меди понижается, но прочность повышается (
·=2-5 %, HB 120,
·в = 500 МПа). Исходные свойства меди восстанавливают путем отжига при температуре 600700°С.

13.1. Общая характеристика и классификация медных сплавов.
Для повышения прочностных свойств медь легируют цинком, оловом, алюминием, марганцем, железом, кремнием, никелем. Повышая прочность медных сплавов, легирующие элементы практически не снижают, а некоторые из них (цинк, алюминий) увеличивают пластичность. Высокая пластичность – отличительная особенность медных сплавов. По прочности медные сплавы уступают сталям. Сплавы меди устойчивы против коррозии, обладают хорошими антифрикционными, технологическими и механическими свойствами и широко используются в качестве конструкционных материалов.
По технологическим свойствам медные сплавы подразделяют на деформируемые (обрабатываемые давлением) и литейные. Из деформируемых медных сплавов изготавливают трубы, листы, ленту, проволоку, из литейных путем литья различные фасонные детали.
По способности упрочняться с помощью термической обработки медные сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой.
По химическому составу медные сплавы подразделяют на две основные группы: латуни и бронзы.
Медные сплавы маркируют по химическому составу, используя буквы для обозначения элементов и числа для указания их массовых долей. В медных сплавах буквенные обозначения отличаются от обозначений, принятых для сталей. Алюминий в них обозначают буквой А, бериллий – Б, железо – Ж, кремний – К, магний – Мг, марганец – Мц, медь – М, мышьяк – Мш, никель – Н, олово – О, свинец – С, серебро – Ср, сурьма – Су, фосфор – Ф, цинк – Ц, цирконий – Цр, хром – Х.


13.2. Латуни.
Латунями называют сплавы меди с цинком, а иногда с добавками небольшого количества других элементов. Из цветных сплавов латуни являются самыми распространенными.
По назначению и технологическим признакам латуни подразделяются на деформируемые и литейные.
Латуни маркируются буквой Л. В деформируемых латунях, не содержащих кроме меди и цинка других элементов, за буквой Л ставиться число, показывающее среднее содержание меди. В многокомпонентных латунях после Л ставятся буквы – символы элементов, а затем числа, указывающие содержание меди и каждого легирующего элемента. Например, латунь марки Л68 содержит 68% меди, остальное цинк. Латунь ЛЖМц 59-1-1 содержит 59% меди, 1% железа, 1% марганца, остальное – цинк. В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставиться непосредственно за буквой, обозначающей его. Например, латунь ЛЦ40Мц3А содержит 40% цинка, 3% марганца, 1% алюминия, остальное – медь.







Цвет (от красноватого до светло-желтого) и механические свойства латуни изменяются при увеличении содержания в них цинка.
Структура латуней зависит от их состава и может быть установлена по известной диаграмме состояния системы медь – цинк (Cu - Zn). В системе Cu – Zn образуется шесть твердых растворов:
·,
·,
·,
·,
·,
·, но практическое применение имеют латуни, содержащие до 45% цинка.
Левая часть диаграммы состояния Cu – Zn, включающая область однофазных (
·) и двухфазных (
· +
·) латуней, приведена на рис. 78.
Однофазная
·–латунь представляет собой твердый раствор цинка в меди с решеткой ГЦК и может содержать до 39% цинка. Однофазная
·–латунь характеризуется высокой пластичностью. При содержании более 39% цинка в структуре появляется хрупкая
·-фаза.
·-фаза – это электронное соединение CuZn с решеткой ОЦК.
Существует две модификации
·-фазы: выше 454486°С устойчива пластичная
·-фаза, имеющая неупорядоченное расположение атомов. Ниже этих температур – более твердая и хрупкая
·ґ-фаза, которая характеризуется упорядоченным расположением атомов меди и атомов цинка.
Двухфазные (
· +
·ґ)–латуни могут содержать до 45% цинка.
В соответствии с изменением структуры меняются механические свойства латуней. Влияние цинка на механические свойства латуней приведены на рис. 79.

·ґ-фаза появляется в структуре латуней при содержании цинка около 30%. Поэтому в сплавах, содержащих менее 30% цинка, увеличение его концентрации повышает и прочность, и пластичность. Затем пластичность начинает уменьшаться, а после появления в структуре значительных качеств
·ґ-фазы происходит резкое падение пластичности. Прочность продолжает повышаться при увеличении цинка до 45%, пока латунь находиться в двухфазном состоянии, а потом также резко снижается. Сплавы с большим содержанием цинка отличаются высокой хрупкостью.
Химический состав некоторых промышленных латуней (ГОСТ 15527-70, ГОСТ 1774-93) и их механические свойства приведены в табл. 11, 12.
Латуни обычно хорошо обрабатываются давлением. Наибольшую пластичность имеют однофазные
·–латуни (содержание цинка до 39%) и они хорошо поддаются холодной пластической деформации, которая значительно повышает их прочность и твердость.
В двухфазных
· +
·ґ–латунях пластичность резко снижена, поэтому они удовлетворительно деформируются в горячем состоянии. Обычно их деформируют при температуре несколько выше 700°С.
Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием, способность прирабатываться и противостоять износу. Вместе с тем уменьшаются теплопроводность и электрическая проводимость, которые составляют 20-50% от характеристик меди.
Примеси повышают твердость и снижают пластичность латуней. Особенно неблагоприятно действуют свинец и висмут, которые в однофазных латунях вызывают красноломкость. Поэтому однофазные латуни в основном выпускают в виде холоднокатаных полуфабрикатов: полос, лент, проволоки, листов, из которых изготовляют детали методом глубокой вытяжки (радиаторные трубки, снарядные гильзы, сильфоны, трубопроводы), а также детали, требующие по условиям эксплуатации низкую твердость (шайбы, втулки, уплотнительные кольца и др.).
Таблица 11
Химический состав и механические свойства
деформируемых латуней после отжига (ГОСТ 15527-70)
Марка латуни
Содержание, мас. %

·в, МПа

·0,2, МПа

·, %

·, %
KCU,
МДж/м2
HB


Cu
Прочих элементов







Л90
88-91
-
260
120
45
80
1,76
53

Л68
67-70
-
320
90
55
70
1,68
55

Л63
62-65
-
330
110
50
66
1,37
56

Л60
59-62
-
380
160
25
62
0,78
77

ЛА77-2
76-79
1,75-2,5 Al
400
140
55
58
-
60

ЛАН59 - 3 - 2
57-60
2,5-3,5 Al
2-3 Ni
380
300
50
-
0,5
75

ЛН65 - 5
64-67
5-6,5 Ni
400
170
65
-
-
60

ЛЖМц59-1-1
57-60
0,1-0,4 Al
0,6-1,2 Fe
0,5-0,8 Mn
0,3-0,7 SN
450
170
50
58
1,18
88

ЛМц58 - 2
57-60
1-2 Mn
400
160
40
52,5
-
85

ЛО7О - 1
69-71
1-1,5 Sn
350
100
0
70
0,6
60

ЛК80 - 3
79-81
2,5-4 Si
Si
200
58
55
0,4
100




Таблица 12
Механические свойства и область применения
литейных латуней (ГОСТ 17711-93)
Марка латуни

·в, МПа

·, %
HB
Область применения

ЛЦ40С
215
12-20
70-80
Арматура, втулки, сепараторы для подшипников качения

ЛЦ40Мц3Ж
390-490
10-18
90-100
Несложные детали ответственного назначения, гребные винты и лопасти, судовая арматура, работающая при температуре до 300°С

ЛЦ38Мц2С2
245-340
10-15
80-85
Антифрикционные втулки, вкладыши, ползуны, судовая арматура

ЛЦ30А3
290-390
12-15
80-90
Коррозионно-стойкие детали

ЛЦ23А6Ж3Мц2
700
7
160-165
Детали ответственного назначения, нажимные винты и гайки прокатных станов, венцы червячных колес

ЛЦ16К4
290-340
15
100-110
Сложные по конфигурации детали, работающие при температуре до 250°С

ЛЦ14К3С3
245-290
7-15
90-100
Подшипники, втулки


В двухфазные латуни иногда добавляют свинец для улучшения обрабатываемости резанием и повышения антифрикционных свойств.
В виду невысокой пластичности эти латуни выпускают в виде горячекатаного полуфабриката: листов, прутков, труб, штамповок. Из них изготовляют втулки, гайки, тройники, штуцеры, токопроводящие детали электрооборудования и др.


13.3. Бронзы.
Двойные или многокомпонентные сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом, бериллием, кремнием, хромом и другими элементами, среди которых цинк не является основным легирующим, называются бронзами.
Бронзы обозначаются буквами Бр, за которыми ставятся буквы и числа. В маркировках деформируемых бронз сначала помещают буквы – символы легирующих элементов, а затем числа, указывающие их содержание. Например, БрАЖ9-4 содержит 9% алюминия, 4% железа, остальное – медь. В марках литейных бронз после каждой буквы указывается

содержание этого легирующего элемента. Например, БрО6Ц6С3 содержит 6% олова, 6% цинка, 3% свинца, остальное – медь.
В зависимости от легирующего элемента бронзы могут быть оловянистыми, алюминиевыми, бериллиевыми, кремнистыми, марганцовистыми, свинцовистыми и др. Наиболее широкое распространение получили четыре первых вида бронз. Используют также многокомпонентные бронзы.
Оловянные бронзы. В практике применяют сплавы, содержание олова в которых не превышает обычно 10-12%, так как при более высоком их содержании бронзы хрупки. В отличие от латуней оловянистые бронзы склонны к ликвации, в их микроструктуре можно отчетливо видеть дендриты выделяющихся соединений. Эти бронзы характеризуются пониженной жидкотекучестью, поэтому в них не образуются усадочные раковины, но возникает мелкая пористость, распределенная по объему. Это позволяет получать отливки сложной формы без усадочных раковин. Пластичность литых бронз – низкая. Двойные оловянные бронзы применяют редко, так как они дороги. По коррозионной стойкости в морской воде оловянистые бронзы превосходят медь и латунь. Их легируют цинком (Zn), железом (Fe), фосфором (P), никелем (Ni), свинцом (Pb).
Бронзы хорошо обрабатываются резанием, паяются, хуже свариваются.
Среди медных сплавов оловянные бронзы имеют самую низкую литейную усадку, поэтому их используют для получения сложных фасонных отливок. Для удешевления оловянных бронз содержание олова в некоторых стандартизованных литейных бронзах снижено до 3-6%. Большое количество Zn и Pb повышает их жидкотекучесть, улучшает плотность отливок, антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием.
Литейные оловянистые бронзы подразделяют на машинные, предназначенные для фасонного литья деталей машин (БрО3Ц12С5, БрО3Ц7С5Н1) и антифрикционные с хорошим сопротивлением истиранию (БрО5Ц5С5, БрО4Ц4С17, БрО10Ц2 и др.).
Деформируемые бронзы содержат до 6-8% олова. Деформируемые бронзы характеризуются хорошей пластичностью и более высокой прочностью, чем литейные.

Таблица 13
Химический состав и механические свойства оловянных бронз
Марка
бронзы
Содержание, мас. %
прочих элементов

·в, МПа

·0,2, МПа

·, %

·, %
KCU,
МДж/м2
HB


Sn
Pb
Zn









Деформируемые бронзы (ГОСТ 5017-74)

БрОФ6,5-0,15
6-7
-
-
0,1-0,25 Р
400
250
65
80
0,49
70

БрОФ6,5-0,4
6-7
-
-
0,26-0,4 Р
400
250
65
80
0,59
80

БрОФ4-0,25
3,5-4
-
-
0,1-0,2 Ni
0,2-0,3 P
340
-
50
85
-
63

БрОЦ4-3
6,5-4
-
2,7-3,3
-
350
65
40
-
0,39
60

БрОЦС4-4-2,5
3-5
1,5-3,5
3-5
-
350
130
40
34
0,36
60

Литейные бронзы (ГОСТ 613-79)

БрО3Ц7С5Н1
2,5-4
3-6
6-9,5
0,5-2,0 Ni
210
170
5
-
-
60

БрО3Ц12С5
2-3,5
3,6
8-15
-
210
-
5
-
-
60

БрО3Ц4С17
3,5-5,5
14-20
2-6
-
150
-
6
-
-
60

БрО5Ц5С5
4-6
4-6
4-6
-
180
100
4
-
2,05
60

БрО10Ц2
9-11
-
1-3
-
250
180
5
-
1,47
80

БрО10Ф1
9-11
-
-
0,4-1,1 P
270
195
3-10
10
0,88
90


Деформируемые бронзы обладают высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости. Их используют для изготовления круглых и плоских пружин в точной механике, электротехнике, химическом машиностроении и других областях промышленности.
Химический состав и механические свойства оловянных бронз приведены в табл. 13.

Алюминиевые бронзы вытесняют оловянистые, так как по многим свойствам их превосходят и занимают в промышленности первое место по объему использования бронз. Алюминиевые бронзы отличаются высокими механическими, антикоррозионными и антифрикционными свойствами. С этой целью алюминиевые бронзы легируют железом и марганцем. Алюминиевые бронзы в сравнении с оловянными бронзами обладают меньшей стоимостью и более высокими механическими свойствами.
Однофазные бронзы (БрА5, БрА7) имеют хорошую пластичность и относятся к деформируемым. Они обладают наилучшим сочетанием прочности (
·в = 400-500 МПа) и пластичности (
· = 60%). Двухфазные бронзы выпускают в виде деформируемого полуфабриката, а также применяют для изготовления фасонных отливок. Двухфазные бронзы отличаются высокой прочностью (
·в = 600 МПа) и твердостью (>100 HB).

Таблица 14
Химический состав и назначение
алюминиевых бронз
Марка бронзы
Al
Легирующие элементы
Назначение

БрА5 .
4-6
-
Ленты, полосы

БрА7 .
6-8
-
Ленты, полосы

БрАМц9-2
8-10
1,5-2,5 Mn
Прутки, полосы, ленты, фасонное литье

БрАЖМц10-3-1,5
9-11
2-4 Fe
1-2 Mn
Прутки, поковки, трубы, фасонное литье

БрАЖС7-1,5-1,5
6-8
1-1,5 Fe
1-1,5 Pb
Фасонное литье

БрАЖН10-4-4Л
9,5-11
3,5-5,5 Fe
3,5-5,5 Ni
Прутки, поковки, трубы, фасонное литье

БрАЖН11-6-6
10,5-11,5
5-6,5 Fe
5-6 Ni
Фасонное литье


В табл. 14 приведен химический состав и указано назначение алюминиевых бронз.

Кремнистые бронзы характеризуются хорошими механическими, упругими и антифрикционными свойствами. По механическим свойствам они превосходят оловянные бронзы, кроме того, они более дешевы.
Кремнистые бронзы содержат до 3% кремния. При содержании кремния более 3% эти бронзы становятся хрупкими и поэтому не применяются. Кремнистые бронзы обладают высокой пластичностью, хорошей обрабатываемостью давлением, они хорошо свариваются и паяются, удовлетворительно обрабатываются резанием. Литейные свойства кремнистых бронз ниже, чем оловянных, алюминиевых бронз и латуней. Легирование цинком способствует улучшению литейных свойств этих бронз.
Кремнистые бронзы выпускают в виде ленты, полос, прутков, проволоки. Для фасонных отливок они применяются редко. Их используют вместо более дорогих оловянных бронз при изготовлении антифрикционных деталей (БрКН1-3), (БрКМц3-1), а также для замены бериллиевых бронз при производстве пружин, мембран и других деталей приборов, работающих в пресной и морской воде.

Бериллиевые бронзы характеризуются чрезвычайно высокими пределами упругости, твердостью, пределом прочности и коррозионной стойкостью в сочетании с повышенными сопротивлениями усталости и износу.
Бериллиевые бронзы являются теплостойкими материалами, устойчиво работающими при температурах до 310340°С. Бериллиевые бронзы обладают высокой теплостойкостью и электропроводностью, при ударах не образуют искр. Они хорошо обрабатываются резанием, свариваются точечной и роликовой сваркой.
Бериллиевые бронзы выпускают преимущественно в виде полос, лент, проволоки. Вместе с тем из них можно получить качественные фасонные отливки.
Несмотря на уникальные свойства эти бронзы используют не очень широко из-за дороговизны и дефицитности бериллия (БрБ2). Легирование никелем (Ni), титаном (Ti), кобальтом (Co), магнием (Mg) позволяет уменьшить содержание бериллия до 1,7-1,9% без заметного снижения механических свойств (БрБНТ1,7 и БрБНТ1,9).
Из бериллиевых бронз изготавливают детали ответственного назначения: упругие элементы точных приборов (плоские пружины, пружинные контакты, мембраны); детали, работающие на износ (кулачки, шестерни, червячные передачи); подшипники, работающие при высоких скоростях, больших давлениях и повышенных температурах.

13.4. Антифрикционные сплавы.
В машиностроении применяют как подшипники качения, так и подшипники скольжения. Подшипники скольжения применяют в виде вкладышей. Трение происходит в подшипниках между вкладышем подшипника и трущейся деталью (оси, валы). Для вкладышей подшипников должен быть подобран такой материал, который предохранил бы от износа вал, сам минимально изнашивался, создавая условия для нормальной смазки, и облегчал работу трущегося узла, т.е. уменьшал коэффициент трения.
Основными требованиями к антифрикционным сплавам являются низкие значения коэффициента трения со стальной поверхностью вала и высокая износостойкость подшипников. Для их удовлетворения необходимо, чтобы поверхности вала и вкладыша были разделены пленкой смазки. Высокие антифрикционные свойства обеспечиваются структурой сплава, которая состоит из мягкой и пластичной основы и включений твердых частиц. Мягкая основа прирабатывается к валу и вместе с твердыми включениями образует оптимальный антифрикционный рельеф с пространством для удерживания смазочных материалов.
Для повышения износостойкости вкладыши должны иметь высокие механические свойства и выдерживать достаточные удельные давления.
Антифрикционные материалы должны иметь высокую теплопроводность для хорошего отвода тепла от трущихся поверхностей. Для изготовления подшипников скольжения заливкой трущихся поверхностей, заливаемые сплавы должны иметь низкую температуру плавления.
Чаще всего в качестве антифрикционных материалов применяют специальные бронзы и баббиты.
Из сплавов на основе меди наилучшими антифрикционными свойствами обладают свинцовистые бронзы, например БрС30. Эти бронзы часто легируют никелем и оловом (БрОС8-12, БрОСН10-2-3). Легирование повышает не только механические, но и коррозионные свойства бронз.
Недостатком бронз является их высокая стоимость и сравнительно невысокая механическая прочность.

Специальные подшипниковые сплавы, баббиты, имеют минимальный коэффициент трения со сталью, хорошо прирабатываются к валу и легко удерживают смазку, благодаря вязкой основе они легко поглощают посторонние твердые частицы, не образуя задиров вала.
Баббитами называют антифрикционные сплавы, основу которых составляют олово или свинец. Они отличаются низкими температурами плавления (350450°С) и хорошей прирабатываемостью.
Таблица 15
Химический состав и назначение баббитов
Марка сплава
Sb
Cu
Cd
Sn
Другие
элементы
Назначение

Б83
10-12
5,5-6,5
-
Остальное
-
Для заливки подшипников особо нагруженных машин

Б89
7,25-8,25
2,5-3,5
-
Остальное
-
Для заливки подшипников особо нагруженных машин


БН
13-15
1,5-2,0
1,25-1,75
9-11
0,75-1,25 Ni
0,5-0,9 As
Для заливки подшипников машин средней нагруженности

БТ
14-16
0,7-1,1
-
9-11
0,05-0,20 Tl
Для подшипников тракторных и автомобильных двигателей

Б16
15-17
1,5-2,0
-
15-17
-
Для заливки подшипников машин средней нагруженности

Б6
14-16
2,5-3,0
1,75-2,25
5-6
0,6-1,0 As
Для подшипников машин, нагруженных сравнительно мало


Ca


БКА
-
-
0,85-1,15
-
0,65-0,95 Na
0,05-0,20 Al
Для подшипников с максимальным давлением 1000 МПа

БК2
-
-
0,35-0,55
1,5-2,5
0,25-0,50 Na
0,04-0,09 Mg
Для подшипников с максимальным давлением 1000 МПа


Примечание: во всех сплавах, кроме кроме Б89 и Б83, основа – свинец.

Баббиты обозначают буквой Б, справа от которой ставиться цифра, показывающая процент олова или буква, характеризующая спе-

циальный элемент, входящий в сплав. Например, Б83, Б16, Б6 означает, что в эти баббиты входит соответственно 83, 16 и 6% олова. БН означает, что в сплав вводится никель, БТ – теллур, т.е. обозначение носит условный характер, не показывающий полностью состав сплава. Химический состав сплава и примерное назначение баббитов приведены в табл. 15.
Вопросы для повторения раздела.
1. Назовите основные свойства и области применения меди.
2. Как классифицируются и маркируются медные сплавы?
3. Какими свойствами обладают латуни? Укажите их назначение.
4. Назовите маркировку, свойства и назначение оловянных бронз.
5. Как маркируются и каково значение алюминиевых и кремниевых бронз?
6. В каких случаях используют бериллиевую бронзу?
7. Каково назначение антифрикционных сплавов? Как они маркируются?




14. Алюминий и его сплавы.
Алюминий металл серебристого цвета с плотностью 2,7 Мг/м3 и температурой плавления 660 °С; имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку; не имеет полиморфных превращений.
Алюминий характеризуется высокими тепло- и электропроводностью, хорошей коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах. Последнее объясняется способностью алюминия на воздухе покрываться прочной оксидной пленкой Аl2О3, защищающей металл от дальнейшего окисления. Алюминий характеризуется высокой пластичностью, хорошо обрабатывается давлением. Механические свойства прокатанного и отожженного алюминия высокой чистоты:
·в = 58 МПа;
·0,2 = 20 МПа;
· = =40 %;
· = 85 %; твердость НВ 25.
Примеси по-разному влияют на алюминий: магний и марганец снижают его тепло- и электропроводность, железо коррозионную стойкость. Вместе с тем такие элементы, как магний, марганец, медь, цинк, никель и хром, упрочняют алюминий.
Благодаря удачному сочетанию физических, химических, механических и технологических свойств алюминий и его сплавы широко применяют в различных областях народного хозяйства. Высокая тепло- и электропроводность алюминия позволяют использовать его в электротехнической промышленности, теплообменниках холодильников и др. Алюминий применяется для получения сплавов на его основе и как легирующий элемент в магниевых, медных, цинковых, титановых и других сплавах. Листовой алюминий идет как упаковочный материал, увеличилось применение алюминия в строительстве, сельском хозяйстве и др.
По способу производства изделий алюминиевые сплавы можно разделить на две группы: деформируемые (в том числе спеченные), идущие на изготовление полуфабрикатов листов, прутков, профилей, поковок путем прокатки, прессования, ковки и т. д., и литейные, предназначенные для фасонного литья.
Деформируемые алюминиевые сплавы по объему производства составляют около 80 %. Деформируемые сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой.
К термически неупрочняемым сплавам относятся сплавы алюминия с марганцем (АМц) и с магнием магналии (АМг2, АмгЗ, АМгб и др.). Сплавы эти обладают средней прочностью, хорошей пластичностью и свариваемостью, а также высокой коррозионной стойкостью. Они применяются в судо- и авиастроении, в производстве сварных емкостей, холодильников и т. д.
Механические свойства сплавов АМц следующие: = 130 МПа (в отожженном состоянии) и 220 МПа (в нагартованном);
·=23 и 5 % соответственно. Сплав АМгб в отожженном состоянии имеет
·в=340 МПа, = 18%, а в нагартованном
·в = 400 МПа,
· = 10%.
К термически упрочняемым относят следующие алюминиевые сплавы: на основе системы АlСuMg (дуралюмины Д1, Д16 и др.;
·в = 410...540 МПа,
· =11... ...15%); на основе А1СuMgSi (авиали типа АВ;
·в = 220МПа,
· = 22%); на основе А1СuMgZn (высокопрочные сплавы В95, В96;
·в = 550...700 МПа,
· =7...8%); на основе А1MgNiSi (жаропрочные сплавы АК4-1, Д20;
·в =430 МПа,
· = 12 %) и на основе А1СuMgМп (ковочные сплавы АК-6, АК-8;
·в =480 МПа,
· = 10 %) и др.
Наибольшую известность получили дуралюмины. Термическая обработка дуралюминов заключается в закалке при температуре 500 °С с охлаждением в воде и последующим естественным или искусственным старением. Для рассмотрения превращений в алюминиевых сплавах и происходящих структурных изменений следует обратиться к диаграмме состояния системы алюминий медь (рис. 80). Как видно из рисунка, максимальная растворимость меди в алюминии в твердом состоянии составляет 5,7 % при температуре 548 °С. С понижением температуры растворимость уменьшается и при комнатной температуре становится равной 0,2...0,5 %. Это указывает на то, что сплавы, ограниченные линией DF, могут термически обрабатываться и упрочняться.

Рис. 80. Диаграмма стояния системы алюминий - медь.

Любой сплав, содержащий 0,5-5,5% Си, можно перевести в однофазное состояние
·- твердого раствора соответствующим нагревом выше линии FЕ. Это состояние фиксируется быстрый охлаждением при закалке. Полученный таким образок твердый раствор при содержании в нем меди более 0,5% является пересыщенным.








Рис. 81. Микроструктура алюминиевого сплава с 4% Cu:
а – отожженного; б – закаленного.

Состояние пересыщенного твердого раствора неустойчиво. Поэтому при комнатной температуре с течением времени в твердом растворе закаленного сплава самопроизвольно начинают протекать процессы, подготавливающие выделение избыточной меди в виде CuAl2. Сущность этих процессов состоит в том, что внутри зерен
·- твердого раствора происходит перераспределение атомов меди и их скопление в отдельных местах кристаллической решетки твердого раствора. В результате образуются зоны, богатые медью (зоны Гинье-Престона), которые нарушая правильность строения кристаллической решетки
·- твердого раствора, создают в ней внутренние напряжения. Благодаря действию этих напряжений, твердость и прочность сплава возрастают, а пластичность снижается.
Такой процесс повышения прочности, происходящий самопроизвольно в закаленном сплаве при комнатной температуре называется естественным старением.
При естественном старения (20°С) прочность становится максимальной через 4-5 сут после закалки, причем скорость упрочнения в первые часы значительно меньше, чем в последующие.
Начальный период, характеризующийся отсутствием или весьма слабым повышением прочности, называется инкубационным периодом. Инкубационный период имеет важное технологическое значение, так как в этот момент сплав обладает большой способностью к пластической деформации и закаленные детали можно подвергать разнообразным технологическим операциям, связанным с деформацией (правка изделий, гибка, отбортовка и др.). Через 2-3 ч эта способность пластически деформироваться начинает уменьшаться и затем исчезает совсем.
Микроструктура закаленного и естественно состаренного алюминиевого сплава с 4% меди ничем не отличается от микроструктуры этого сплава после закалки. Объясняется это тем, что изменения, происходящие в строении сплава при естественном старении, связаны лишь с перемещениями атомов внутри твердого раствора, без выделения вторичной фазы CuAl2, поэтому такие изменения металлографически не обнаруживаются.
Основным недостатком естественного старения является очень большая длительность процесса (4-5 сут ).С целью ускорения применяют искусственное старение, состоящее в нагреве закаленного сплава до температур 150-250°С, выдержке несколько часов и последующего охлаждения на воздухе.
При искусственном старении, по сравнению с естественным, изменения в строении сплава не останавливаются на образовании зон Гинье-Престона. В зависимости от температуры нагрева и времени выдержки вслед за появлением зон Гинье-Престона происходит преобразование части их во вторичные фазы (CuAl2 и др.) и выделение этих фаз из
·- твердого раствора. Иначе говоря, при искусственном старении происходит распад пересыщенного
· - твердого раствора с выделением вторичных фаз. Выделившиеся в тонкодисперсной форме вторичные фазы блокируют плоскости скольжения в зернах сплава, что препятствует деформированию и сплав упрочняется.
Наблюдаемое после максимума разупрочнение (снижение прочности), связано с завершением процесса распада
·- твердого раствора, т.е. окончательным выделением из него вторичных фаз и их дальнейшим ростом. Поэтому при искусственном старении необходимо строго соблюдать режим термообработки, чтобы не допустить разупрочнения сплава.
Литейные сплавы должны иметь высокую жидкотекучесть, минимальную склонность к образованию усадочных и газовых пустот, трещин, раковин, должны хорошо свариваться и обрабатываться резанием. Лучшими литейными свойствами обладают эвтектические или близкие к ним по составу сплавы. Поэтому широкое распространение получили сплавы алюминия с элементами, которые образуют с ним легкоплавкие эвтектики. К. их числу относятся сплавы А1 Si, А1 Сu, Al Mg, А1 Сu Mn, A1 Сu Мn Mg и другие.
Сплавы на основе системы Al Si называются силуминами. Они характеризуются большой жидкотекучестью и малой объемной усадкой при кристаллизации. Двойные силумины АЛ2 содержат 10... 13 % кремния. Как видно из, диаграммы состояния системы Al Si, эти сплавы близки к эвтектическим.
Силумины с эвтектикой грубоигольчатого строения из-за высокой хрупкости кремния имеют низкие механические свойства (
·в=120...160 МПа,
·=1...2 %). Для повышения прочности и пластичности такие силумины модифицируют. В расплав перед заливкой в формы вводятся небольшие добавки натрия (0,05... 0,08 %) или кальция, бора и некоторых других элементов. Обычно используют модификатор, состоящий из смеси


2/3NaF+1/3NaCl. Модифицирование способствует улучшению механических (
·в = 170...200 МПа,
· = 3...5 %) и литейных свойств силуминов. Модифицирование силуминов с пониженным количеством кремния малоэффективно.
Двойные модифицированные силумины характеризуются малой плотностью, хорошо свариваются, коррозионно-стойкие. Их недостатком является большая склонность к газонасыщению и, как следствие, к образованию окисных пленок, газовых раковин и пористости в массивных стенках отливки. Кроме того, они плохо обрабатываются резанием. Из них отливают мало-нагруженные детали повышенной коррозионной стойкости, работающие при температурах не выше 200 °С (детали приборов, корпуса водяных насосов и т. п.).
Для повышения механических и технологических свойств двойные доэвтектические силумины (4..10 % Si) легируют магнием, медью, марганцем и подвергают термической обработке. Широко применяются сложные силумины следующих систем: А1 Si Mg, Al Si Сu, Al Si Mg Сu.
Силумины с добавками магния АЛ9 (6...8 % Si; 0,2... 0,4 % Mg) и АЛ4 (8...10 % Si; 0,17...0,3 % Mg) относятся к системе А1 Si Mg. Сплавы этой группы могут быть упрочнены термической обработкой. Например, в результате закалки в горячей воде (50...100°С) с температуры (535±5) °С и отпуска (искусственное старение) при 175 °С предел прочности сплава АЛ4 повышается с 150...170 МПа до 240...260 МПа за счет выделения при отпуске из
·-твердого раствора высокодисперсных упрочняющих частиц Mg2Si (силицид магния) . Силумины АЛ4 и АЛ9 применяются для изготовления средненагруженных деталей повышенной коррозионной стойкости (АЛ4 блоки цилиндров, картеры и корпуса различных агрегатов) или обладающих высокой стабильностью размеров (АЛ9 тормозные барабаны, головки блоков и др.).
Вопросы для повторения раздела.
1. Каковы основные свойства и области применения алюминия?
2. Как классифицируются алюминиевые сплавы?
3. В чем сущность естественного старения?
4. Какие свойства должны иметь литейные сплавы?
5. Укажите назначение силуминов в зависимости от легирующих элементов.






15. Фрикционные материалы.
Фрикционные материалы - это материалы, которые в контакте с металлической поверхностью имеют высокий, более или менее стабильный коэффициент трения. Материалы разделяются на органические (дерево, пробка, войлок), металлические (чугун, тали У6, У7, марганцевая сталь и др.), асбестокаучуковые, пластмассовые (текстолит, асбестотекстолит, фибра), спеченные из медной и железных основах.
Фрикционные материалы - это широкий класс материалов, предназначенный для изготовления тормозных элементов накладок муфт сцепления, фрикционных вкладышей и демпферов, применяемых в мобильных машинах, подвижном составе, самолетостроении, в технических обустройствах нефтегазодобывающих комплексов, железных дорог, транспортных систем и технологическом оборудовании для передачи или рассеивания кинетической энергии. В качестве основного наполнителя для фрикционных полимерных композиций и некоторых типов спеченных фрикционных материалов за весь более чем 80-летний период развития фрикционного материаловедения использовался асбест. Однако многочисленными исследованиями было установлено, что волокнистые частицы асбеста, являются биологически активными веществами с выраженным канцерогенным действием.
К фрикционнынным материалам предъявляются следующие требования: они должны иметь высокий коэффициент трения, обеспечивающий плавность торможения и минимальную пробуксовку и износостойкость как собственную, так и сопряженной стальной поверхности. Кроме того, они должны иметь хорошую прирабатываемость, не заедать и обладать высокой теплопроводностью. Всем этим требованиям может отвечать только порошковый сплав, представляющий целый комплекс различных материалов с различными свойствами.
По условиям эксплуатации фрикционные материалы могут работать:
1) в масляной ванне, например в автоматических коробках передач современных автомобилей с фрикционными дисками и тормозными лентами:
2) при сухом трении, например тормозные накладки фрикционных механических прессов.
Фрикционные материалы изготовляются из порошков меди, олова, железа и других, образующих металлическую их основу, куда добавляются в небольшом количестве порошки кремния, двуокиси кремния (SiO2), асбеста и пр. для повышения коэффициента трения, а также порошка графита, талька, свинца и пр. для создания смазки на поверхностях трения,
Изменяя дозировку добавок, увеличивающих коэффициент трения и добавок, его снижающих, можно получить необходимые фрикционные свойства порошкового сплава, т. е. исключить пробуксовку обильно смазанных трущихся поверхностей при очень высокой износостойкости и фрикционного материала и сопряженной с ним стали.
Например, в автомобильной промышленности для работы в масле применяется фрикционный сплав из следующих порошков; 60% Сu, 10% Sn, 4% Fe, 7% Pb, 4% графита, 8% пульвер-бакелита и 7% асбеста.
Фрикционные сплавы отличаются невысокой прочностью, поэтому они применяются в виде тонкого слоя или на стальном диске, или на стальной ленте. Соединение их со сталью производится двумя способами: спеканием порошкового сплава под давлением со сталью или приклеиванием.
В условиях сухого трения при торможении развивается более высокая температура и поэтому приходится применять вместо медной основы железную, отличающуюся более высокой температурой плавления.
Фрикционные материалы применяют в тормозных устройствах и механизмах, передающих крутящий момент; они работают в тяжелых условиях изнашивания при высоких давлениях (до 6 МПа), скоростях скольжения (до 40 м/с) и температуре, мгновенно возрастающей до 1000 °С. Для выполнения своих функций фрикционные материалы должны иметь высокий и стабильный в широком интервале температур коэффициент трения, минимальный износ, высокие теплопроводность и теплостойкость, хорошую прирабатываемость и достаточную прочность. Этим требованиям удовлетворяют многокомпонентные неметаллические и металлические спеченные материалы. Их производят в виде пластин или накладок, которые прикрепляют к стальным деталям, например дискам трения.
Из асбофрикционных материалов наибольшей работоспособностью обладает ретинакс (ФК-24А и ФК-16Л), который содержит 25% фенол-формальдегидной смолы, 40 % асбеста, 35 % барита, кусочки латуни и пластификатор. В паре со сталью ретинакс обеспечивает коэффициент трения 0,37-0,40. Его используют в тормозных механизмах самолетов, автомобилей и других машин.
Недостатком неметаллических материалов является невысокая теплопроводность, из-за чего возможны перегрев и разрушение материала.
Металлические спеченные материалы применяют при тяжелых режимах трения (/пред < 1200 °С, Ртах < 6 МПа). Их производят на основе железа (ФМК-8 и ФМК-11) и меди (МК-5). Кроме основы и металлических компонентов (8п, РЬ, N1 и др.), обеспечивающих прочность, хорошую теплопроводность и износостойкость, эти материалы содержат неметаллические добавки асбест, графит, оксид кремния, барит. Они выполняют те же функции, что и в асбофрикционных материалах.
Материалы на основе железа из-за высокой теплостойкости используют в узлах трения без смазочного материала, а материалы на основе меди при смазывании маслом. В многодисковой тормозной системе самолетов применяют бериллий из-за его высокой теплоемкости, теплопроводности и малой плотности.
Порошковые фрикционные материалы предназначены для работы в различных тормозных и передаточных узлах автомобилей, гусеничных машин, дорожных и строительных механизмов, самолетов, станков, прессов и т.п. Фрикционные элементы из порошковых материалов изготовляют в виде дисков, секторных накладок и колодок различной конфигурации. Порошковые материалы на основе оловянистых и алюминиевых бронз, содержащие свинец, графит и железо, предназначены преимущественно для работы в условиях трения со среднеуглеродистыми сталями с твердостью HRC 45 - 50 при давлении до 35 МПа и скорости скольжения до 50 м/с. При меньших давлениях и скоростях до 5 м/с используют металлопластмассовые материалы. Порошковые материалы на основе железа, содержащие добавки меди, графита, оксида кремния, асбеста, сернокислого бария предназначены для работы в условиях трения при давлении до 3 МПа и скоростях до 60 м/с в паре с чугуном либо легированной сталью в тормозных устройствах различной конструкции (дисковых, колодочных, ленточных тормозах). В сравнении с асбофрикционными материалами порошковые материалы обладают более высокими значениями термо- и износостойкости - в 2-4 раза, а в некоторых случаях, например при работе с легированным чугуном, и более высокими (на 15 - 25 %) коэффициентом трения. Применение порошковых фрикционных материалов в тормозных передаточных устройствах взамен применяемых литых (сталь, чугун) либо асбофрикционных материалов позволяет повысить долговечность, надежность и эффективность фрикционных узлов, имеющих более высокий коэффициент трения, высокую стабильность, износостойкость и термостойкость.
Фрикционные узлы принадлежат к наиболее важным узлам в машинах, так как они в первую очередь определяют надежность и долговечность их работы, а во многих случаях (авиация, автомобильный транспорт) и безопасность.
Спеченные фрикционные материалы предназначены для работы в различных тормозных и передаточных узлах самолетов, автомобилей, гусеничных машин, дорожных и строительных механизмов, станков, прессов и т. п.
Использование этого класса материалов для работы с принудительной смазкой (фрикционы, электромагнитные муфты, синхронизаторы, муфты предельного момента, гидротрансмиссии и т. д.) и без нее (муфты сцепления, тормоза, электромагнитные муфты и др.). Взамен применяющихся литых (сталь, чугун) либо асбофрикционных материалов в сопряжении с чугуном или сталью позволяет повысить долговечность, надежность и эффективность фрикционных узлов машин и механизмов. Создать новые конструкции фрикционных узлов с высокой энергоемкостью, высоким и стабильным коэффициентом трения, высокой износостойкостью и термостойкостью обоих элементов пары трения. Применение спеченных фрикционных материалов не только улучшает технические характеристики машин, но и обеспечивает высокую экономическую эффективность за счет увеличения долговечности узлов трения и снижения эксплуатационных затрат. Основные механизмы, где применяют фрикционные спеченные материалы -передаточные устройства, обеспечивающие передачу трением вращения с одного вала на другой, работающие всухую - слабонагруженные (сельскохозяйственные тракторы, металлорежущие станки, контрольные системы в самолетах, дорожные тракторы). Средненагруженные (чеканочные и штамповочные прессы, промышленный транспорт); тормоза для работы в условиях сухого трения - средненагруженные (автоматические, штамповочные и чеканочные прессы), тяжелонагруженные (самолеты); сцепления, работающие в масле - средненагруженные (легкие автоматические трансмиссии, металлорежущие станки, сцепления управления тракторов), тяжелонагруженные (силовые трансмиссии в тракторах); тормоза, работающие с жидкой смазкой - средне - и тяжелонагруженные (грузовики для работы в сельской местности). Фрикционные элементы со спеченными материалами изготавливают в виде дисков, секторных накладок и колодок различной конфигурации.
Вопросы для повторения раздела.
1. Какие требования применяют к фрикционным материалам?
2. Когда используют порошковые фрикционные материалы?



16. Общие сведения, состав и классификация резин.
Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками.
Резина как технический материал отличается от других материалов высокими эластичными свойствами, которые присуши каучуку - главному исходному компоненту резины. Она способна к очень большим деформациям (относительное удлинение достигает 100%), которые почти полностью обратимы. При нормальной температуре резина находится в высокоэластическом состоянии, и её эластические свойства сохраняются в широком диапазоне температур.
Модуль температур лежит в пределах 1-10 МПа, т.е. он в тысячи и десятки тысяч раз меньше, чем для других материалов. Особенностью резины является её малая сжимаемость (для инженерных расчётов резину считают несжимаемой); коэффициент Пуассона 0,4-0,5, тогда как для металла эта величина составляет 0,25-030. Другой особенностью резины как технического материала является релаксационный характер деформации. При нормальной температуре время релаксации может составлять 104с и более. При работе резины в условиях многократных механических напряжений часть энергии, воспринимаемой изделием, теряется на внутреннее трение; это трение преобразуется в теплоту и является причиной гистерезисных потерь. При эксплуатации толстостенных деталей вследствие низкой теплопроводности материала нарастание температуры в массе резины снижает её работоспособность.
Кроме отмеченных особенностей для резиновых материалов характерны высокая стойкость к истиранию, газо- и водонепроницаемость, химическая стойкость, электроизолирующие свойства и небольшая плотность.


16.1. Состав и классификация резин.
Основой всякой резины служит каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет основные свойства резинового материала Для улучшения физико-механических свойств каучуков вводятся различные добавки (ингредиенты). Т.о., резина состоит из каучука и ингредиентов, рассмотренных ниже.
1. Вулканизирующие вещества (агенты) участвуют в образовании пространственно-сеточной структуры вулканизата. Обычно в качестве таких веществ применяют серу или селен, для некоторых каучуков перекиси. Для резины электротехнического назначения вместо элементарной серы (которая взаимодействует с медью) применяют органические сернистые соединения – тиурам.

Ускорители процесса вулканизации: полисульфиды, оксиды свинца, магния и другие влияют как на режим вулканизации, так и на физико-механические свойства вулканизатов. Ускорители проявляют свою наибольшую активность в присутствии оксидов некоторых металлов (цинка и др.), называемых, поэтому в составе резиновой смеси активаторами.
2. Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины, который ведёт к ухудшению её эксплуатационных свойств. Существуют противостарители химического и физического действия. Действие первых заключается в том, что они задерживают окисление каучука. Физические противостарители (парафин, воск) образую поверхностные защитные плёнки, они применяются реже.
З. Мягчители (пластификаторы) облегчают переработку резиновой смеси, увеличивают эластические свойства каучука, повышают морозостойкость резины. В качестве мягчителей вводят парафин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, дибутилфталаты, растительные масла Количество мягчителей составляет 8-30% массы каучука
4. Наполнители по воздействию на каучук подразделяют на активные (усиливающие) и неактивные (инертные). Активные наполнители (углеродистая сажа и белая сажа) повышают механические свойства резин: прочность, сопротивление истиранию, твёрдость. Неактивные наполнители (мел, тальк, барит) вводятся для удешевления стоимости резины.
Часто в состав резины вводят регенерат - продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства. Кроме снижения стоимости регенерат повышает качество резины, снижая её склонность к старению.
5. Красители минеральные или органические вводят для окраски резин. Некоторые красящие вещества (белые, жёлтые, зелёные) поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и этим защищают резину от светового старения.
Подавляющее число каучуков является непредельными, высокополимерными соединениями с двойной химической связью между углеродными атомами в элементарных звеньях макромолекулы. Молекулярная масса каучуков исчисляется в 400 000 – 450 000. Структура макромолекул линейная или слаборазветвлённая и состоит из отдельных звеньев, которые имеют тенденцию свернуться в клубок, занять минимальный объём, но этому препятствуют силы межмолекулярного взаимодействия, потому молекулы каучука извилистые (зигзагообразные). Такая форма молекул и является причиной исключительно высокой эластичности каучука (под небольшой нагрузкой происходит выпрямление молекул). По свойствам каучуки напоминают термопластичные полимеры. Наличие в молекулах каучука непредельных связей позволяет при определённых условиях переводить его в термостабильное состояние. Для этого по месту двойной связи присоединяется двухвалентная сера, которая образует в поперечном направлении как бы «мостики» между нитевидными молекулами каучука, в результате чего получается пространственно-сеточная структура, присущая резине (вулканизату). Процесс химического взаимодействия каучуков с серой в технике называется вулканизацией.
В зависимости от количества вводимой серы получается различная частота сетки полимера. При введении 1-5% S образуется редкая сетка и резина получается высокоэластичной, мягкой. С увеличением процентного содержания серы сетчатая структура становится всё более частой, резина более твёрдой, и при максимально возможном (30%) насыщении каучука серой образуется твёрдый материал, называемой эбонитом.
При вулканизации применяется молекулярная структура полимера, что влечёт за собой изменение его физико-механических свойств: резко возрастает прочность при растяжении и эластичность каучука, а пластичность почти полностью исчезает (например, натуральный каучук имеет
·в=1,0-1,5МПа, а после вулканизации
·в=35МПа); увеличиваются твёрдость, сопротивление износу. Многие каучуки растворимы в растворителях, резины только набухают в них и более стойки к химикатам. Резины имеют более высокую теплостойкость (НК размягчается при температуре 90°С, резина работает при температуре свыше 100°С).
На изменение свойств резины влияет взаимодействие каучука с кислородом, поэтому при вулканизации одновременно происходит два процесса: структурирование под действием вулканизирующего агента и деструкция под влиянием окисления и температуры. Преобладание того или иного процесса сказывается на свойствах вулканизата. Это особенно характерно для резин из НК. Для синтетических каучуков (СК) процесс вулканизации дополняется полимеризацией: под действием кислорода и температуры образуются межмолекулярные углеродистые связи, упрочняющие термостабильную структуру, что даёт повышение прочности.
Термическая устойчивость вулканизата зависит от характера образующихся в процессе вулканизации связей. Наиболее прочные, а следовательно, термоустойчивые связи -С-С-, наименьшая прочность у полисульфидной связи -C-S-C.
По объёму мирового потребления НК составляет 30%, остальное СК, которых известно 250 видов.
По назначению резины подразделяют на резины общего назначения и резины специального назначения.
Резины общего назначения. К группе резин общего назначения относят вулканизаты неполярных каучуков - НК, СКБ, СКС, СКИ.
НК - натуральный каучук является полимером изопрена (C5H8)п. Он растворяется в жирных и ароматических растворителях (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и др.), образуя вязкие растворы, применяемые в качестве клеев. При нагреве выше 80-100 °С каучук становится пластичным и при 200°С начинает разлагаться. При температуре -70°С НК становится хрупким. Обычно НК аморфен. Однако при длительном хранении возможна его кристаллизация. Кристаллическая фаза возникает также при растяжении каучука, что значительно увеличивает его прочность. Для получения резины НК вулканизуют серой. Резины на основе НК отличаются высокой эластичностью, прочностью, водо- и газонепроницаемостью, высокими электроизоляционными свойствами:
·V = 3 * 1014 - 23 * 1018 Ом*см;
· =2,5.
СКБ - синтетический каучук бутадиеновый (дивинильный) получают по методу СВ. Лебедева. Формула полибутадиена (С4Н6)п. Он является некрислаллизующимся каучуком и имеет низкий предел прочности при растяжении, поэтому в резину на его основе необходимо вносить усиливающие наполнители. Морозостойкость бутадиенового каучука невысокая (от - 40 до - 45°). Он набухает в тех же растворителях, что и НК. Стереорегулярный дивинильный каучук СКД по основным техническим свойствам приближается к НК. Дивинильныые каучуки вулканизуются серой аналогично натуральному каучуку.
СКС - бутадиенстиролъный каучук получается при совместной полимеризацией бутадиена (С4Н6) и стирола (СН=СН–С6Н5). Это самый распространенный каучук общего назначения.
В зависимости от процентного содержания стирола каучук выпускают нескольких марок: СКС-10, СКС-30, СКС-50. Свойства каучука зависят от содержания стирольных звеньев. Так, чем больше стирола, тем выше прочность, но ниже морозостойкость. Из наиболее распространенного каучука СКС-30, получают резины с хорошим сопротивлением старению и хорошо работающие при многократных деформациях. По газонепроницаемости и диэлектрическим свойствам они равноценны резинам на основе НК. Каучук СКС-10 можно применять при низких температурах (от -74 до -77°С). При подборе соответствующих наполнителей можно получить резины с высокой механической прочностью.
СКИ синтетический каучук изопреновый продукт полимеризации изопрена (C5H8). Получение СКИ стало возможным в связи с применением новых видов катализаторов. По строению, химическим и физико-механическим свойствам СКИ близок к натуральному каучуку. Промышленностью выпускаются каучуки СКИ-3 и СКИ-3П, наиболее близкие по свойствам к НК; каучук СКИ-3П, предназначенный для получения электроизоляционных резин, СКИ-ЗВ - для вакуумной техники.
Резины общего назначения могут работать в среде воды, воздуха, слабых растворов кислот и щелочей. Интервал рабочих температур составляет от -35 до 130°С. Из этих резин изготавливают шины, ремни, рукава, конвейерные ленты, изоляцию кабелей, различные технические изделия.
Специальные резины подразделяют на несколько видов: маслобензостойкие, теплостойкие, светоозоностойкие, износостойкие, электротехнические, стойкие к гидравлическим жидкостям.
Маслобензостойкие резины получают на основе каучуков хлоропренового (наирит), СКН и тиолока.
Наирит является отечественным хлоропреновым каучуком.
Вулканизация может проводиться термообработкой даже без серы, так как под действием температуры каучук переходит в термостабильное состояние. Резины на основе наирита обладают высокой эластичностью, вибростойкостью, озоностойкостью, устойчивы к действию топлива и масел, хорошо сопротивляются тепловому старению. По температуроустойчивости и морозостойкости (от -35 до - 40°С) они уступают как НК, так и другим СК. Электроизоляционные свойства резины на основе полярного наирита ниже, чем у резины на основе неполярных каучуков.
В зависимости от состава каучук выпускают следующих марок: СКН-18, СКН-26, СКН-40. Присутствие в молекулах каучука группы CN сообщает ему полярные свойства. Чем выше полярность каучука, тем выше его механические и химические свойства и тем ниже морозостойкость. Вулканизируют СКН с помощью серы. Резины на основе СКН обладают высокой прочностью (
·в=35 МПА), хорошо сопротивляются истиранию, но по эластичности уступают резинам на основе НК, превосходят их по стойкости к старению и действию разбавленных кислот и щелочей. Резины могут работать в среде бензина, топлива, масел в интервале температур -30 до 130°С. Резины на основе СКН применяют для производства ремней, конвейерных лент, рукавов, маслобензостойких резиновых деталей.
Теплостойкие резины получают на основе каучука СКТ.
СКТ - синтетический каучук теплостойкий, представляет собой кремнийорганическое соединение с химической формулой:
-Si(CH3)2O-Si(CH3)2-
Каучук вулканизуется перекисями и требует введения усиливающих наполнителей. Присутствие в основной молекулярной цепи прочной силоксановой связи придаёт каучуку высокую теплостойкость. Т.к. СКТ слабополярен, он обладает хорошими диэлектрическими свойствами. Диапазон рабочих температур СКТ составляет от -60 до 250°С. Низкая адгезия, присущая кремнийорганическим соединения, делает СКТ водостойкими и гидрофобными. В растворителях и маслах он набухает, имеет низкую механическую прочность, высокую газонепроницаемость, плохо сопротивляется истиранию. При замене метальной группы другими радикалами получают другие виды силоксановых каучуков. Каучук с винильной группой (СКТВ) устойчив к тепловому старению и обладает меньшей текучестью при сжатии, температура эксплуатации от -55 до 300°С.
Морозостойкими являются резины на основе каучуков, имеющих низкие температуры стеклования. Резины на основе СКС-10 и СКД могут работать при температуре до -60°С; НК, СКВ, СКС-30, СКН-до -50°С, СКТ-ниже -75°С.
Износостойкие резины получают на основе полиуретановых каучуков СКУ.
Полиуретановые каучуки обладают высокой прочностью, эластичностью, сопротивлением истиранию, маслобензостойкостью. В структуре каучука нет ненасыщенных связей, поэтому он стоек к кислороду и озону. Рабочие температуры резин на его основе составляют от -30 до 130°С. На основе сложных полимеров вырабатывают каучуки СКУ-7, СКУ-8, СКУ-50; на основе простых полиэфиров - СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ. Последние отличаются высокой морозостойкостью и гидролитической стойкостью. Уретановые резины стойки к воздействию радиации. Резины на основе СКУ применяют для автомобильных шин, конвейерных лент, обкладки труб и желобов для транспортирования абразивных материалов, обуви и др.
Электротехнические резины включают электроизоляционные и электропроводящие резины. Электроизоляционные резины, применяемые для изоляции токопроводящей жилы проводов и кабелей, для специальных перчаток и обуви, изготавливают только на основе неполярных каучуков НК, СКБ, СКС, СКТ и бутилкаучука.
Электропроводящие резины для экранированных кабелей получают из каучуков НК, СКН, особенно для полярного каучука СКН-26 с введением в их состав углеродной сажи и графита
Резину, стойкую к воздействию гидравлических жидкостей, используют для уплотнения подвижных и неподвижных гидросистем, рукавов, диафрагм, насосов; для работы в масле применяют резину на основе каучука СКН, набухание которого в жидкости составляет не более 1-4%. Для кремнийорганических жидкостей применяют неполярные резины на основе каучуков НК, СКМС-10 и др.


16.2. Влияние факторов эксплуатации на свойства резин.
В процессе эксплуатации резиновые изделия подвергают различным видам старения (световое, озонное, тепловое, радиационное, вакуумное) что снижает их работоспособность; изменение свойств может быть необратимым. Стойкость резин при старении зависит от степени ненасыщенности каучука, гибкости макромолекул, прочности химических связей в цепи, способности к ориентации и кристаллизации. Изменение свойств оценивается по изменению прочностных и упругих характеристик; по восстанавливаемости резин, стойкости к раздиру.

























Под действием атмосферных условий, озона происходит растрескивание напряжённых резин из ненасыщенных каучуков; стойки к озоновому старению насыщенные каучуки. Свет вызывает фотоокисление каучуков, которое зависит от наличия в них двойных связей. По убыванию скорости фотоокисления каучуки можно расположить в ряд: НК, СКБ>СК>БК. Светостойкие резины из СКФ и СКТ. Фотопроцесс ускоряется при повышении температуры. Скорость старения резин в напряжённом состоянии выше, чем в свободном состоянии. Повышение озоностойкости достигается введением соответствующих ингредиентов и нанесением защитной плёнки.
Сроки службы или хранения изделий из резины определяется по изменению остаточной деформации сжатия
·ост, которая для уплотнительных материалов допускается до 80%, и релаксации напряжения 0,2.
Вопросы для повторения раздела.
1. Назовите состав и дайте классификацию резин.
2. В каких случаях используют специальные резины?






Список рекомендуемой литературы.
1. Материаловедение: Учебник для ВУЗов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.К. Мухин и др. Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова – 3-е изд., перабот. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001 - 648с.
2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 538с.
3. Дриц М.Е., Москалев М.А. Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 1990.– 447с
4. Худокормова Р.Н., Пантелеенко Ф.И. Материаловедение: Лаб. практикум: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Л.С. Ляховича. – Мн.: Высш. шк., 1998. – 224с.
5. Марочник сталей и сплавов. Под ред. А.С. Зубченко. – М.: Машиностроение., 2004. – 784с.




























Учебное издание





Стативко Андрей Александрович
Шопина Елена Владимировна





МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Учебное пособие для студентов заочной формы обучения
с применением дистанционных технологий специальности
240400 – Организация и безопасность дорожного движения
















Подписано в печать(((((((((. Формат 60(84/16.Усл. п. л.9,9.(Уч.-изд. л. 10,6.
Тираж 100 экз. Заказ Цена
Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова
308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46








13PAGE 15


13PAGE 14315


13PAGE 15





Рис. 83. Изменение коэффициента старения при растяжении и остаточной деформации при сжатии резины на основе СКН-18+наирит в процессе естественного старения:1-изменение коэффициента старения; 2-накопление остаточной деформации сжатия


Рис. 82. Изменение относительного статического модуля упругости при светостарениии вулканизата СКВ: 1-25єС, в темноте; 2-80єС, в темноте; 3-25єС,при освещении; 4-80єС, при освещении


б

а


·

CuAl2


·

Рис.78. Левая часть диаграммы состояния Cu-Zn

Рис.79. Влияние цинка на механические свойства латуней

Рис. 60. Приспособление, применяемое при закалке пружин сжатия

Рис. 61. Пружины:
а-закаленная; б-на оправке перед отпуском; в-готовая (после закалке и отпуска)

Рис. 50. Влияние углерода на механические свойства горячекатанных сталей


·

МзакМотп

I – цементация
II – двойная закалка
III – низкий отпуск

III

М

Р

II

I

500°

159ч200°

М

Р

~900°

900ч950°

АС1

АС3

Рис. 48. Влияние продолжительности цементации при 900° на глубину цементации

Продолжительность цементации, час

Глубина цементации, мм

3

2,5

2

1,5

1

0,5

0

12

10

8

6

4

2

2

1

доэвтектоидная зона

эвтектоидная зона

заэвтектоидная зона

П

Ф

П

Ц

П

Рис. Положение деталей при погружении их в закалочный бак.

Рис. 47. Положение деталей при погружении их в закалочный бак




Рис. 46. Тела простой формы после деформации под влиянием тепловых (а) и структурных (б) напряжений.



Рис. 43. Зависимость прокаливаемости от величины критической скорости закалки
·к:
а и а’ – глубина закаленного слоя;
·к’ – критическая скорость охлаждения для углеродистой стали;
·к’’ – низколегированной и
·к’’’ – высоколегированной стали несколькими элементами: I – углеродистая сталь; II – низколегированная; III - высоколегированная;

Рис. 39. Оптимальный интервал температур закалки для углеродистой стали


а

б

Рекрист.

Рис. 35. Распределение температур и напряжений по сечению детали при нагреве:
1 – слой, испытывающий напряжения сжатия; 2 – слой, испытывающий напряжения растяжения

KCU
13 EMBED Equation.3 1415

Рис. 34. Изменение ударной вязкости легированной стали в зависимости от температуры отпуска и скорости охлаждения (схема):
1 – быстрое охлаждение; 2 – медленное охлаждение

Рис. 33. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита с кривыми охлаждения

Рис. 32. Кристаллическая ячейка мартенсита

Рис. 31. Диаграмма изотермического превращения аустенита эвтектоидной стали

Рис. 30. Схема построения диаграммы изотермического превращения аустенита

Рис. 29. График изотермического превращения аустенита

Рис. 28. Схема образования аустенитных зерен

Рис. 27. Изменение свободной энергии аустенита и перлита в зависимости от температуры

Рис. 26. Нижняя левая часть диаграммы состояния
Fe – Fe3C

б

а

Рис. 25. Диаграммы состояния:
а – с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии, уменьшающейся с понижением температуры; б – с полиморфными превращениями

760ч780°

Рис. 2.3. Кривые охлаждения сплавов Fe-Fe3C


Рис. 24. Кривые охлаждения сплавов Fe-Fe3C


Рис. 2.2. Диаграмма состояния Fe-Fe3C


Рис. 23. Диаграмма состояния Fe-Fe3C


Рис. 20. Зависимость механических свойств от степени деформации.

Жидкий раствор

>4d

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС


А. А. Стативко, Е. В. Шопина




МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Белгород 2007





 14  „ † о р
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
· р ф ю
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Х 14
· „ D ^ d Њ ў цЂ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·э
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Є
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·ќ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·‰
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ф
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·±
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·о
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Q
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·o
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·y
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·v
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Щ
·
·
·
·
·
·
·_
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·‚
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·B
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·9
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
· 
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·З
·
·
·
·Ј
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·І
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·1
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·т
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ј
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·†
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·ў
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·,
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·X
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·з
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·:
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·в
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·y
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·F
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·¤
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ё
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·„
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·­
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·п
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·С
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·ы
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·n
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ј
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·"
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·M
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·D
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·@
·К
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·>
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·•
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·І
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ф
·Ё
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·­
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Є
·@
·&
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·N
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·ш
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·e
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ї
·@
·б
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·‚
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·Щ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·b
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·*
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·"
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·к
·
·¤
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ё
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·15
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Й
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·ў
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·;
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·І
·@
·*
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·ґ
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·u
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Л
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·#
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·m
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·о
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ы
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ѓ
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·4
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·й
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·в
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·M
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·C
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·з
·
·
·
·
·
·
·
·
·(
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Я
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·и
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·х
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·ч
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·у
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·С
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·№
·
·Х
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·f
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·‡
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·µ
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ ё
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·К
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·µ
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·є
·
·
·Ё
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Т
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·т
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ц
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·;Є
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·љ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·к
·
·15
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·­
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·є
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Z
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·]
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·P
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·P
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·ѕ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·@
·]
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·!
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·‹
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·у
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·в
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·‰
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·E
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·д
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·z
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·Ѓ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·B
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·"
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·ю
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Љ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·
·
·э
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·@
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·°
·@
·F
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·°
·@
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·

·
·°
·@
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·{
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·@
·
·°
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·°
·@
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·°
·@
·F
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·°
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@Ё
·
·
·
·@Ё
·
·
·
·GЁ
·
·
·
·
·@Ё
·
·
·
·
·
·
·
·
·@
·
·Ё
·
·
·
·
·
·
·
·
·@Ё
·
·
·
·
·@Ё
··
·
·
·Ё
·
·
·
·
·@Ё
·
·
·
·
·
·
·
·
·@Ё
·
·
·
·
·@
·
·
·
·
·@Ё
·
·
·
·
·@Ё
·
·
·
·
·,
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@Ё
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@Ё
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·ѓ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@Ё
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·ё
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·„
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·@Ё
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·–
·
·
·
·@
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·€
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·AЁ
·
·
·
·
·Ђ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·

Приложенные файлы

  • doc 23408
    Размер файла: 7 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий