Определение ориентировочного химического состава материала

Для определения ориентировочного химического состава материала необходимо провести анализ различных классов материала.

1. Стали.

Сталями называются железоуглеродистые сплавы, содержание углерода в которых не превышает 2, 14%. Стали с содержанием углерода до 0, 8% называется доэвтектоидными, 0, 8% - эвтектоидными и больше 0, 8% - заэвтектоидными

Твёрдость и прочность стали могут быть увеличены в результате термической обработки в 3 - 5 раз, а модули упругости при этом изменяются менее чем на 5% [3, с. 180].

Также благодаря термической обработке и введению легирующих элементов можно повысить их коррозионную стойкость.

Основное требование к сталям является обеспечение конструкционной прочности: они должны обладать определённым набором механических свойств, обеспечивающих длительную и надёжную работу материала, иметь хорошие технологические свойства. Стали являются достаточно недорогим материалом.

Свойства сталей соответствуют нашим требованиям к готовому изделию, и оно может быть изготовлено из данного материала.

2. Чугуны.

Чугунами называются сплавы железа с углеродом, содержащие углерода более 2, 14%. Чугуны, содержащие менее 4, 3% углерода, называются доэвтектическими, содержащие 4, 3% - эвтектическими и содержащие более 4, 3% - заэвтектическими [1, с. 54].

Чугун отличается от стали по технологическим свойствам - лучшими литейными качествами, малой способностью к пластической деформации. Чугун дешевле стали [3, с. 203].

Чугуны обладают более высокой твердостью, чем стали из-за большого наличия цементита, что одновременно повышает и хрупкость. Однако углерод в этих сплавах может присутствовать в виде графита.

В зависимости от того, в какой форме присутствует графит в сплаве, различают:

· Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида.

· Серый чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита.

· Высокопрочный чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита.

Ещё одним достоинством этого класса является более низкая цена по сравнению со сталями.

Недостатками чугунов являются: большая хрупкость, низкая упругость. Так как инструмент, который нам необходимо изготовить (валок) работает в условиях черновой линии прокатки, то использование данного материала нецелесообразно чугун более подходит для валков чистовой группы.

3. Сплавы цветных металлов.

а) На основе меди.

Сплавы меди с оловом, свинцом, кремнием, алюминием и другими элементами называются бронзами.

Оловянистые бронзы (содержание олова до 20%) обладают хорошими литейными свойствами, высокой химической стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. Хорошо обрабатываются резанием. Являются дорогими. С очень высоким содержанием олова становятся очень хрупкими [1, с. 164].

Алюминиевые бронзы содержат 5 - 10% алюминия. Алюминиевые бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии. Обрабатываются давлением.

Кремнистые бронзы превосходят оловянистые по механическим свойствам и являются более дешёвыми. Обладают высокой стойкостью против коррозии. Хорошие упругие характеристики, удовлетворительно обрабатываются резанием.

Бериллиевые бронзы содержат 2, 0 - 2, 5% бериллия. Дисперсионно - твердеющие сплавы, значительно повышают механические свойства в результате термической обработки.

Высокие прочность и упругость, стойкость против коррозии, хорошая свариваемость и обрабатываемость резанием. Применяется для изготовления ответственных деталей и инструментов.

Являются очень дорогими [1, с. 165].

Сплавы меди с цинком называются латунями.

Они обладают хорошей жидкотекучестью, достаточно дешевые, обладают небольшой усадкой. Хорошо обрабатываются резанием, обладают высокой коррозионной стойкостью, но с небольшой твердостью (120 НВ в деформированном состоянии). Различают деформируемые и литейные латуни.

б) На основе алюминия.

Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой, характеризуются не высокой прочностью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью.

в) На основе титана.

Обладают хорошими литейными свойствами. Наличие азота и кислорода повышает прочность титана, но сильно снижает пластичность. Присутствие углерода снижает ковкость, ухудшает обрабатываемость резанием, свариваемость титана.

Титан обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, пресной и морской воде, в ряде кислот. Титан хорошо куётся и сваривается [1, с. 170].

4. Материалы порошковой металлургии.

Порошковая металлургия - отрасль технологии, занимающаяся производством металлических порошков и деталей из них. Из металлического порошка или смеси порошков прессуют заготовки, которые подвергают термической обработке - спеканию [4, с. 418].

Основа твёрдых сплавов - карбиды металлов, обладают высокой хрупкостью. Сплавы являются дорогими, поэтому их делают не цельными.

Твёрдые сплавы имеют высокие твердость 87 - 92 HRA (HRC = 2HRA - 104) и теплостойкость (800 - 1100⁰С) [1, с. 137].

Твердые сплавы делятся на группы: вольфрамовая, титановольфрамовая, титанотанталовольфрамовая, безвольфрамовая.

Твёрдые сплавы применяют в основном для изготовления режущего инструмента. Они дорогие и требуют специального оборудования, как для изготовления, так и для защиты от вредного воздействия, так как для улучшения механических свойств в них добавляют измельчённые легирующие элементы.

5. Неметаллические материалы.

Пластмассы, керамика, резина. Недостатками же является низкая твердость, низкая ударная вязкость, склонность к старению.

Поскольку твёрдость и ударная вязкость являются основными требованиями к изготовляемому инструменту, изготовление прокатного валка из неметаллических материалов нецелесообразно.

Таким образом, для изготовления прокатного валка выберем сталь