Контрольная работа по "Материаловедению"

Одна марка  может иметь не сильно отличный химический состав в зависимости от способа  получения.

 К марке  стали с гарантией свариваемости  добавляются буквы св в конце марки.  (Например Ст3сп3 св)  

 Сварочная  проволока обозначается буквами Св- в начале марки.

Пример условного  обозначения элементов в черных металлах и сплавах показан в  таблице 1.3. Стали и сплавы полученные специальными методами, дополнительно обозначают через тире в конце марки, как это показано в таблице 1.4.

Таблица 1.3 - условное обозначение элементов в черных металлах и сплавах

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ  ЭЛЕМЕНТОВ В ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ
Элемент	Символ	Обозначение	Элемент	Символ	Обозначение
Азот	N	А	Марганец	Mn	Г
Алюминий	Al	Ю	Медь	Cu	Д
Бериллий	Be	Л	Молибден	Mo	М
Бор	B	Р	Никель	Ni	Н
Ванадий	V	Ф	Ниобий	Nb	Б
Висмут	Bi	Ви	Селен	Se	Е
Вольфрам	W	В	Титан	Ti	Т
Галий	Ga	Ги	Углерод	C	У
Кадмий	Cd	Кд	Фосфор	P	П
Кобальт	Co	К	Хром	Cr	Х
Кремний	Si	С	Цирконий	Zr	Ц
Магний	Mg	Ш	РЗМ		ч

Таблица 1.4 –  Обозначение сталей и сплавов  полученных специальными методами 

Стали и сплавы полученные специальными методами, дополнительно  обозначают через тире в конце  марки:
-ВД	ВАКУУМНО-ДУГОВОЙ  ПЕРЕПЛАВ
-ВИ	ВАКУУМНО-ИНДУКЦИОННАЯ ВЫПЛАВКА
-ВО	ВАКУУМНО-КИСЛОРОДНОЕ  РАФИНИРОВАНИЕ
-ВП	ВАКУУМНО-ПЛАЗМЕННЫЙ ПЕРЕПЛАВ
-ГР	ГАЗОКИСЛОРОДНОЕ РАФИНИРОВАНИЕ
-ИД	ВАКУУМНО-ИНДУКЦИОННАЯ ВЫПЛАВКА С ПОСЛЕДУЮЩИМ ВАКУУМНО-ДУГОВЫМ  ПЕРЕПЛАВОМ
-ИЛ	ВАКУУМНО-ИНДУКЦИОННАЯ ВЫПЛАВКА С ПОСЛЕДУЮЩИМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫМ ПЕРЕПЛАВОМ
-ИП	ВАКУУМНО-ИНДУКЦИОННАЯ ВЫПЛАВКА С ПОСЛЕДУЮЩИМ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВЫМ  ПЕРЕПЛАВОМ
-ИШ	ВАКУУМНО-ИНДУКЦИОННАЯ ВЫПЛАВКА С ПОСЛЕДУЮЩИМ ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫМ  ПЕРЕПЛАВОМ
-МП	ПОЛУЧЕНА МЕТОДОМ  ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
-ОДП	ОБЫЧНАЯ ДУГОВАЯ  ПЛАВКА
-П	ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ  ПЕРЕПЛАВ
-ПД	ПЛАЗМЕННАЯ  ВЫПЛАВКА С ПОСЛЕДУЮЩИМ ВАКУУМНО-ДУГОВЫМ  ПЕРЕПЛАВОМ
-ПЛ	ПЛАЗМЕННАЯ  ВЫПЛАВКА С ПОСЛЕДУЮЩИМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫМ  ПЕРЕПЛАВОМ
-ПП	ПЛАЗМЕННАЯ  ВЫПЛАВКА С ПОСЛЕДУЮЩИМ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВЫМ  ПЕРЕПЛАВОМ
-ПТ	ПЛАЗМЕННАЯ  ВЫПЛАВКА
-ПШ	ПЛАЗМЕННАЯ  ВЫПЛАВКА С ПОСЛЕДУЮЩИМ ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫМ  ПЕРЕПЛАВОМ
-СП	ОБРАБОТКА СИНТЕТИЧЕСКИМ  ШЛАКОМ
-Ш	ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПЕРЕПЛАВ
-ШД	ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПЕРЕПЛАВ С ПОСЛЕДУЮЩИМ ВАКУУМНО-ДУГОВЫМ  ПЕРЕПЛАВОМ
-ШЛ	ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПЕРЕПЛАВ С ПОСЛЕДУЮЩИМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫМ ПЕРЕПЛАВОМ
-ШП	ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПЕРЕПЛАВ С ПОСЛЕДУЮЩИМ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВЫМ  ПЕРЕПЛАВОМ
-ЭЛ	ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ  ПЕРЕПЛАВ

Свойства сплавов

Свойства сплавов  зависят не только от состава, но и  от способов их тепловой и механической обработки: закалки, ковки и др. Вплоть до конца XIX века поиск новых практических полезных сплавов веди методом проб и ошибок. Только на рубеже XIX- XX вв. результате фундаментальных открытий в области физической химии возникло учение о закономерности между свойствами металлов и свойствами образованных из них сплавов, о влиянии на них механических, тепловых и других воздействий.

В металловедение различают три  типа сплавов:

1. твердый раствор (если атомы, входящие в состав сплава элементов незначительно отличаются строением и размером, они могут образовывать общую кристаллическую решетку);
2. механическую смесь (если каждый элемент сплава кристаллизуется самостоятельно);
3. химическое соединение (если элементы сплава химически взаимодействуют, образуя новое вещество).

Свойства сплавов:

1. Механические свойства металлов и сплавов

К основным механическим свойствам относятся прочность, вязкость, пластичность, твердость, выносливость, ползучесть, износостойкость. Они являются главными характеристиками металла или сплава.

2. Физические свойства металлов и сплавов

Физические свойства металлов и сплавов определяются удельным весом, коэффициентами линейного и объемного расширения, электропроводностью, теплопроводностью, температурой плавления и т. д.

3. Химическая стойкость металлов и сплавов

Химическую стойкость металлов и сплавов определяют по их способности сопротивляться химическому воздействию различных агрессивных сред. Эти свойства имеют большое значение для машиностроения и с ними приходится считаться при конструировании машин и деталей. Характерным примером химического воздействия среды является коррозия (окисление металлов).

Разрушение металлов от коррозии наносит  промышленности огромный ущерб, выражающийся ежегодной потерей миллионов  тонн металла.

Для устранения таких  больших потерь в машиностроении применяют покрытие деталей лаками, красками, химически стойкими металлами, окисными пленками.

В отдельных случаях применяют  различные сплавы, имеющие высокую  химическую стойкость, например, нержавеющие  чугуны, нержавеющие стали и ряд  химически стойких сплавов на основе меди и никеля. Широкое применение начинает находить титан.

4. Технологические свойства металлов

Технологические свойства металлов и сплавов характеризуются  их способностью поддаваться различным методам горячей и холодной обработки (легко плавиться и заполнять форму, коваться, свариваться, обрабатываться режущими инструментами и т. д.). В связи с этим их подразделяют на литейные

5. Литейные свойства металлов и сплавов

Литейные свойства металлов и сплавов определяются жидко-текучестью, усадкой и склонностью к ликвации. Жидкотекучестью - способность сплава заполнять литейную форму. Под усадкой подразумевают сокращение объема и размеров металла отливки при затвердевании и последующем охлаждении. Ликвация- процесс образования неоднородности химического состава сплава в разных частях отливки при ее затвердевании.

6. Ковкость металла

Ковкостью металла - способность деформироваться при наименьшем сопротивлении и принимать необходимую форму под влиянием внешних усилий без нарушения целостности. Металлы могут обладать ковкостью как в холодном, так и в нагретом состоянии. Хорошей ковкостью обладает сталь в нагретом состоянии. Латунь однофазная и алюминиевые сплавы обладают хорошей ковкостью в холодном состоянии. Пониженной ковкостью отличается бронза. Чугуны практически не обладают ковкостью.

7. Свариваемость металла

Свариваемостью металла - способность создавать прочные соединения металлических деталей методами сварки. Хорошо сваривается малоуглеродистая сталь, значительно хуже чугун, медные и алюминиевые сплавы. [Ссылка 2].

 

 

2 Высокопрочная сталь

Высокопрочными машиностроительными (конструкционными) сталями условно  считают такие стали, которые  можно термически обрабатывать на прочность  выше 130 кГ/мм2. Максимальный предел прочности  конструкционных сталей определяется главным образом содержанием углерода и достигается, при полной прокаливаемости, после закалки и низкого отпуска. По мере увеличения содержания углерода до 0,38-0,45 % твердость и прочность закаленной низкоотпущенной стали увеличивается при сохранении пластичного характера разрушения гладких надрезанных образцов. При дальнейшем увеличении содержания углерода твердость закаленной низкоотпущенной стали продолжает увеличиваться, прочность при растяжении уменьшается, а пластичный вид разрушения сменяется хрупким. Легирование конструкционной низкоотпущенной стали с относительно низким содержанием углерода в общепринятых пределах при полной прокаливаемости мало влияет на ее предел прочности. Легирование стали оказывает большое влияние на переход пластичного вида в хрупкий, сдвигая этот переход в сторону более высокого содержания углерода. Легированием малоуглеродистых и среднеуглеродистых сталей можно добиться более высокой пластичности и вязкости стали и уменьшения ее чувствительности к надрезу, а легированием высокоуглеродистых сталей достичь увеличения прочности при хрупком изломе, а иногда - перехода хрупкого излома в пластичный. Таким образом, легирование стали, увеличивая сопротивление хрупкому разрушению, позволяет использовать в качестве конструкционного материала закаленную низкоотпущенную сталь с достаточно высоким содержанием углерода. Легирование высокопрочных сталей необходимо также для получения нужной прокаливаемости.

Зависимость между пределом прочности  высокопрочной закаленной и низкоотпущенной стали и содержанием углерода приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Ориентировочные значения предела прочности конструкционной закаленной и низкоотпущенной стали в зависимости от содержания углерода

С в %	0,45	0,40	0,35	0,32	0,28	0,25	0,23
σв в кГ/мм2	210	200	190	180	170	160	150

Основными легирующими элементами в высокопрочных сталях являются хром, никель, молибден. Эти элементы существенно увеличивают сопротивление  хрупкому разрушению (сопротивление отрыву). В состав высокопрочных сталей водят также кремний. Кремний в значительной мере задерживает распад мартенсита и коагуляцию карбидов при низком отпуске. Легирование кремнием позволяет получать высокопрочные стали, применяя отпуск при более высокой температуре и достигая значительного уменьшения внутренних напряжений. Кремнийсодержащие стали при той же температуре отпуска обладают несколько более высокой прочностью, что позволяет уменьшить содержание углерода в стали; это, в свою очередь, улучшает свариваемость и повышает сопротивление стали хрупкому разрушению. Кремний в высокопрочной низкоотпущенной стали задерживает распад мартенсита под влиянием пластической деформации. В итоге, кремний существенно улучшает механические свойства высокопрочных сталей, подвергаемых закалке и низкому отпуску.

Особенно благотворно влияние  кремния при применении изотермической закалки. Он способствует перераспределению  углерода, вызывая образование высокоуглеродистого  остаточного аустенита и сравнительно малоуглеродистого игольчатого троостита (бэйнита). Такая структура определяет высокую вязкость и меньшую чувствительность к надрезу.

Во многих высокопрочных сталях в качестве легирующего элемента используется марганец, главным образом, для увеличения прокаливаемости и некоторого улучшения свариваемости стали.

Некоторые высокопрочные стали  легируют также вольфрамом и ванадием. Последний элемент добавляется  в основном для измельчения зерна  стали. Дешевые высокопрочные стали  могут в своем составе содержать  никеля, молибдена и других дешевых дефицитных элементов. Содержание серы и фосфора в высокопрочных сталях должно быть минимальным. Фосфор даже в малых количествах существенно увеличивает чувствительность высокопрочных сталей к надрезу. Сера очень вредно влияет на свариваемость стали и прочность сварных соединений.

Для изготовления деталей, обрабатываемых на высокую прочность, наиболее широкое  применение имеют стали 30ХГСНА и 30ХГСНМА. Достаточно широко применяются  также стали ЭИ643, 30ХГСА и 35ХГСА. Состав и механические свойства приведены в таблицах 2.2 и 2.3.

Таблица 2.2 - химический состав наиболее широко применяемых высокопрочных сталей в %.

Марка стали	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	W	S	P
								не более
30ХГСНА	0,27-0,34	0,9-1,2	1,0-1,3	0,9-1,2	1,4-1,8	-	-	0,025	0,025
30ХГСНМА	0,27-0,34	0,9-1,2	1,0-1,3	0,9-1,2	1,4-1,8	0,4-0,5	-	0,030	0,030
ЭИ643	0,36-0,43	0,7-1,0	0,5-0,8	0,8-1,1	2,5-3,0	-	0,8-1,2**	0,025	0,025
ВЛ - 1*	0,24-0,31	0,9-1,2	1,0-1,3	1,5-2,0	2,0-2,5	-	0,9-1,3	-	-
30ХГСА	0,28-0,34	0,9-1,2	0,8-1,1	0,8-1,1	-	-	-	0,030	0,030
35ХГСА	0,32-0,39	1,1-1,1	-	-	-	0,8-1,1	1,1-1,4	0,030	0,030

* Листовая сталь  содержит 1,0-1,3 % Ni и обозначается  ВЛ-1Д 
** Допускается замена 0,3 - 0,4 % Mo.

Таблица 2.3 - механические свойства наиболее широко применяемых высокопрочных сталей.

Марка стали	Термическая обработка	σв в кГ/мм2	σв в кГ/мм2	δ5 в %	ψ в %	υн в кГм/см2
30ХГСА  30ХГСНМА	Закалка с 900оС в масле и отпуске 250оС	175	135	10	45	6-7
	Изотермическая  закалка с 900оС в селитре или щелочи с температурой 250оС	165	125	11	50	7
	Изотермическая  закалка с 900оС в селитре или щелочи с температурой 300оС	150	120	13	55	7-8
ЭИ643	Закалка с 900оС в масле и отпуске 220оС	20	150	10	40	5,5-6
	Изотермическая  закалка с 900о С в селитре или щелочи с температурой 240оС	190	140	11	50	6-7
ВЛ-1	Закалка с 930о сна воздухе и отпуск 250оС	175	135	10	45	6-7
30ХГСА	Закалка с 900о С в масле и отпуске 220оС	175	135	9	40	5-6
	Изотермическая закалка с 900оС в селитре или щелочи с температурой 300оС	150	120	12	50	6-7
	Изотермическая  закалка с 900оС в селитре или щелочи с температурой 360-390оС	130	110	13	55	8
35ХГСА	Изотермическая  закалка с 880оС в селитре или щелочи с температурой 280-310оС	170	130	10	45	≥4
	Закалка с 880оС в масле и отпуске 230оС	175	135	10	≥40	≥4