Стали обыкновенного качества и качественные. Принцип маркировки. Структура и свойства. Термическая обработка в зависимости от содержания углерода. Применение.

Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора

Ст.0,Ст.1, Ст.2,Ст.3, Ст.4,Ст.5,Ст.6. Хим. Состав Ст.6: 0.07*6=% содержания углерода

Стали качественные: Сталь10,20,30.... Содержание углерода Сталь 30 = 30/100

Углеродистые стали: У7,У8,У9.... Содержание углерода Сталь У9 = 9/10

Принцип маркировки Маркировка легированнных сталей состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих её хим. состав. Принятые обозначения: хром-Х, никель-Н, марганец-Г, кремний –С, молибден-М, вольфрам-В, титан-Т, ванадий-Ф, алюминий-Ю, медь-Д, ниобий-Б, бор-Р, кобальт-К, число, стоящее после буквы, на примерное содержание легирующего элемента в процентах, если число отсутствует, то легирующего элемент меньше или около 1%. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Особовысококачественые стали (например после электрошлакового переплава) имеют в конце марки букву Ш, например 30ХГС-Ш. Пошипниковые стали начинаются с буквы Ш, автоматные с буквы А.

Низкоуглеродистые стали:

1)Малопрочные высокопластичные стали 08, 10. Из-за способности к глубокой вытяжке их применяют для холодной штамповки различных изделий. Без термической обработки в горячекатном состоянии эти стали используют для шайб, прокладок, кожухов и других деталей, изготавливаемых холодной деформацией и сваркой.

2)Цементуемые – стали 15,20,25. Предназначены для деталей небольшого размера (кулачки, толкатели, малонагруженные шестерни и т.д.), от которых требуется твёрдая износостойкая поверхность и вязкая сердцевина. Поверхностный слой после цементации упрочняют закалкой в воде в сочетании с низким отпуском. Сердцевина из=за низкой прокаливаемости упрочняется слабо.

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50 ,55 отличаются большой прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые. Их применяют посли улочшения, нормализации и поверхностной закалки. В улучшенном состоянии после закалки и высокого отпуска на структуру собита – достигаются высокая ударная вязкость, пластичность и, как следствие, малая чувствительность к концентраторам напряжения.

После улучшения стали применяют для изготовления деталей неболь­шого размера, работоспособность которых определяется сопротивлением усталости (шатуны, коленчатые валы малооборотных двигателей, зубча­тые колеса, маховики, оси и т.п. Для деталей (валы, оси и т.п.), ис­пытывающих главным образом напряжения изгиба и кручения, которые максимальны на поверхности, толщина упрочненного при закалке слоя должна быть не менее половины радиуса детали. Возможный размер по­перечного сечения таких деталей — 30 мм.

Для изготовления более крупных деталей, работающих при невысо­ких циклических и контактных нагрузках, используют стали 40, 45, 50. Их применяют после нормали­зации и поверхностной индукцион­ной закалки с нагревом ТВЧ тех мест, которые должны иметь высо­кую твердость поверхности (40 - 58 HRC) и сопротивление износу (шей­ки коленчатых валов, кулачки рас­пределительных валиков, зубья ше­стерен и т.п.).

Индукционной закалкой с нагревом ТВЧ упрочняют также поверх­ность длинных валов, ходовых винтов станков и других деталей, для которых важно ограничить деформации при термической обработке.

Билет №14

1.Сталь 60. Фазовые превращения при охлаждении в равновесное состояние. Структура. Свойства. Типичная ТО и типичное применение.

1–2 – первичная кристаллизация А из жидкости

2–3 – охлаждение А (превращений нет)

3–4 – диффузионное перераспределение углерода, образование Ф, повышение содержания углерода в А.

4–4' – распад А, образование П.

Ниже 4' – охлаждение сплава, выделение избыточного углерода из Ф (Ц_III).

Сталь конструкционная углеродистая качественная

Применение: цельнокатаные колеса вагонов, валки рабочие листовых станов для горячей прокатки металлов, шпиндели, бандажи, диски сцепления, пружинные кольца амортизаторов, замочные шайбы, регулировочные шайбы, регулировочные прокладки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой прочности и износостойкости.

Термическая обработка: Закалка 780 - 830^oC, масло, высокий Отпуск 560^oC,

К отпускной хрупкости не склонна, флокеночувствительность : малочувствительна.

Структура : феррит + перлит.

2.Влияние легирующих элементов на поведение аустенита при нагреве, на устойчивость аустенита при охлаждении и на мартенситное превращение.

Легирующие элементы в большинстве случаев растворяются в аустените, образуя твердые растворы замещения. Легированные стали требуют более высоких температур нагрева и более длительной выдержки для получения однородного аустенита, в котором растворяются карбиды легирующих элементов.

Малая склонность к росту аустенитного зерна – технологическое преимущество большинства легированных сталей. Все легирующие элементы снижают склонность аустенитного зерна к росту, кроме марганца и бора. Элементы, не образующие карбидов (кремний, кобальт, медь, никель), слабо влияют на рост зерна. Карбидообразующие элементы (хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан) сильно измельчают зерно.

Влияние легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита.

По влиянию на устойчивость аустенита и на форму С-образных кривых легирующие элементы разделяются на две группы.

Элементы, которые растворяются в феррите и цементите (кобальт, кремний, алюминий, медь, никель), оказывают только количественное влияние на процессы превращения. Замедляют превращение (большинство элементов), или ускоряют его (кобальт) (рис.17.2 а)

Рис 17.2. Влияние легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита: а – некарбидообразующие элементы; б — карбидообразующие элементы

Карбидообразующие элементы (хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан) вносят и качественные изменения в кинетику изотермического превращения. При разных температурах они по разному влияют на скорость распада аустенита: при температуре 700…500^oС — замедляют превращение в перлитной области, при температуре 500…400^oС (образование троостита) – очень сильно замедляют превращение, при температуре 400…300^oС (промежуточное превращение) – замедляет превращение аустенита в бейнит, но меньше, чем образование троостита. Это отражается на форме С-образных кривых: наблюдаются два максимума скорости изотермического распада, разделенных областью высокой устойчивости переохлажденного аустенита (рис. 17.2 б )

Температура максимальной устойчивости аустенита зависит от карбидообразующего элемента: хром – 400…500^oС, вольфрам – 500…550^oС, молибден – 550…575^oС, ванадий – 575…600^oС. Время максимальной устойчивости при заданной температуре возрастает с увеличением степени легированности (очень велико для высоколегированных сталей).

Важным является замедление скорости распада. Это способствует более глубокой прокаливаемости и переохлаждению аустенита до интервала мартенситного превращения при более медленном охлаждении (масло, воздух). Увеличивают прокаливаемость хром, никель, молибден, марганец, особенно при совместном легировании

Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение

При нагреве большинство легирующих элементов растворяются в аустените. Карбиды титана и ниобия не растворяются. Эти карбиды тормозят рост аустенитного зерна при нагреве и обеспечивают получение мелкоигольчатого мартенсита при закалке. Остальные карбидообразующие элементы, а также некарбидообразующие, при нагреве растворяются в аустените и при закалке образуют легированный мартенсит.

Некоторые легирующие элементы (алюминий, кобальт) повышают мартенситную точку и уменьшают количество остаточного аустенита, другие не влияют на эту точку (кремний). Большинство элементов снижают мартенситную точку и увеличивают количество остаточного аустенита.

Влияние легирующих элементов на преврашения при отпуске.

Легирующие элементы замедляют процесс распада мартенсита: никель, марганец – незначительно; хром, молибден, кремний – заметно. Это связано с тем, что процессы при отпуске имеют диффузионный характер, а большинство элементов замедляют карбидное превращение. Легированные стали сохраняют структуру мартенсита отпуска до температуры 400…500^oС. Так как в легированных сталях сохраняется значительное количество остаточного аустенита, то превращение его в мартенсит отпуска способствует сохранению твердости до высоких температур.

Таким образом, легированные стали при отпуске нагревают до более высоких температур или увеличивают выдержку.

3? сплавы.

Под сплавом понимают вещество, полученное сплавлением двух или более элементов. Возможны другие способы приготовления сплавов: спекания, электролиз, возгонка. В этом случае вещества называются псевдосплавами.

Сплав, приготовленный преимущественно из металлических элементов и обладающий металлическими свойствами, называется металлическим сплавом. Сплавы обладают более разнообразным комплексом свойств, которые изменяются в зависимости от состава и метода обработки.

Основные понятия в теории сплавов.

Под сплавом понимают вещество, полученное сплавлением двух или более элементов. Возможны другие способы приготовления сплавов: спекания, электролиз, возгонка. В этом случае вещества называются псевдосплавами.

Сплав, приготовленный преимущественно из металлических элементов и обладающий металлическими свойствами, называется металлическим сплавом. Сплавы обладают более разнообразным комплексом свойств, которые изменяются в зависимости от состава и метода обработки.

Основные понятия в теории сплавов.

Система – группа тел выделяемых для наблюдения и изучения.

В металловедении системами являются металлы и металлические сплавы. Чистый металл является простой однокомпонентной системой, сплав – сложной системой, состоящей из двух и более компонентов.

Компоненты – вещества, образующие систему. В качестве компонентов выступают чистые вещества и химические соединения, если они не диссоциируют на составные части в исследуемом интервале температур.

Фаза – однородная часть системы, отделенная от других частей системы поверхностного раздела, при переходе через которую структура и свойства резко меняются.

Вариантность (C) (число степеней свободы) – это число внутренних и внешних факторов (температура, давление, концентрация), которые можно изменять без изменения количества фаз в системе.

Если вариантность C = 1 (моновариантная система), то возможно изменение одного из факторов в некоторых пределах, без изменения числа фаз.

Если вариантность C = 0 (нонвариантная cистема), то внешние факторы изменять нельзя без изменения числа фаз в оистеме

где: С – число степеней свободы, К – число компонентов, Ф – число фаз, 1 – учитывает возможность изменения температуры.

Билет № 15

1.Сталь У12. Фазовые превращения при охлаждении в равновесное состояние. Структура. Свойства. Типичная ТО и типичное применение.

1–2 – первичная кристаллизация, образование аустенитной структуры

2–3 – охлаждение твердого сплава (превращений нет)

3–4 – вторичная кристаллизация; 3 – образование насыщенного твердого раствора углерода в Fe_. Понижение температуры приводит к диффузии избыточного углерода к граница зерен, в результате на границах образуются зоны с высоким содержание углерода, которые превращаются в Ц.

4–4' – эвтектоидное превращение А в П; 4' – конец превращения; t = 727° C =const .

Ниже 4' – остывание сплава, идет процесс третичной кристаллизации, Ц_III из феррита (теоретически).

Структура : цементит вторичный + перлит.

Сталь инструментальная углеродистая.

Применение: режущие инструменты, работающие в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки: метчики ручные, метчики машинные мелкоразмерные, плашки для круппов, развертки мелкоразмерные, надфили, измерительный инструмент простой формы: гладкие калибры, скобы.

проводят сфероидизирующий отжиг, в результате которого цементит вторичный приобретает зернистую форму. Регулируя скорость охлаждения можно получить любой размер зерен.

Окончательная термическая обработка – неполная закалка с последующим отпуском. Для напильников, метчиков, плашек отпуск проводят при температуре 150…200^oС, при этом обеспечивается получение максимальной твердости — НRC 62…64.

Основными недостатками углеродистых инструментальных сталей является их невысокая прокаливаемость (5…10 мм), низкая теплостойкость (до 200^oС), то есть инструменты могут работать только при невысоких скоростях резания.

2.Влияние скорости охлаждения на распад аустенита при непрерывном охлаждении. Термокинетические диаграммы. (Критическая скорость охлаждения).

В интервале от А1 до t=550С протекает перлитное превращение и в зависимости от степени переохлаждени образуются структуры: перлит, сорбит, троостит, которые различаются межпластинчатым расстоянием(дисперностью), а соответсятвенно и свойствами. В интервале 550С – до т.Мн протекает бейнитное превращение, Мн-Мк при очень большой скорости охлаждения образуется структура мартенсит.

Критическая скоростьждения – минимальная скорость закалки, при которой аустенит не распадается, на феррито-цементитную смесь. Минимальная скорость получения мартенсита.

3.Металлические материалы для подшипников скольжения. Антифрикционные материалы. особенности их структуры и свойств.

Антифрикционные материалы (пористосзддть 15…30 %), широко применяющиеся для изготовления подшипников скольжения, представляют собой пористую основу, пропитанную маслом. Масло поступает из пор на поверхность, и подшипник становится самосмазывающимся, не требуется подводить смазку извне. Это существенно для чистых производств (пищевая, фармацевтическая отрасли). Такие подшипники почти не изнашивают поверхность вала, шум в 3…4 раза меньше, чем от шариковых подшипников.

Подшипники работают при скоростях трения до 6 м/с при нагрузках до 600 МПа. При меньших нагрузках скорости скольжения могут достигать 20…30 м/с. Коэффициент трения подшипников – 0,04…0,06.

Для изготовления используются бронзовые или железные порошки с добавлением графита (1…3 %).

Разработаны подшипниковые спеченные материалы на основе тугоплавких соединений (боридов, карбидов и др.), содержащие в качестве твердой смазки сульфиды, селениды и гексагональный нитрид бора. Подшипники могут работать в условиях вакуума и при температурах до 500^oС.

Применяют металлопластмассовые антифрикционные материалы: спеченные бронзографиты, титан, нержавеющие стали пропитывют фторопластом. Получаются коррозионностойкие и износостойкие изделия. Срок службы металлопластмассовых материалов вдвое больше, чем материалов других типов.

Билет №15

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: