Материаловедческий анализ

Конечную величину зерна  определяют четвертичные включения  АIN или МnS –наночастицы, которые могут неоднократно растворяться (при нагреве сляба или при отжиге) и вновь выпадать - при горячей прокатке, после нее, в смотанном рулоне, при отжиге. Всей их «историей» надо управлять по всему производственному температурно-временному циклу и с учетом исходного состояния слитка.

Наночастицы задают в  конечном счете и пластическую анизотропию - через взаимосвязи кристаллографических текстур: слитка, горячей и холодной прокатки и рекристаллизации. Например, когда сталь О8Ю сумели разлить сразу на толщину подката, понадобилась его смотка для требуемого выделения АlN и МnS - иначе замедлялась рекристаллизация при непрерывном отжиге.

До 35% от массы автомобиля (как в Японии) мог бы составлять более высокопрочный лист. Но легирование ухудшает штампуемость, и найдено компромиссное решение: оставлять в стали типа О8Ю после отжига немного несвязанного азота и алюминия, чтобы при нагреве для сушки в окрашенной детали прошло старение (ВН-стали: «упрочняемые при сушке»). Прирост предела текучести Δδ0,2 – 30…40Мпа – небольшой, но для мягкой стали это 15%.

 

17. Термин хорошая “свариваемость стали”

Довольно редко прокат есть конечная продукция, готовая к  применению. Потребитель, как правило, сваривает все листовые стали, практически все строительные (балки, плиты, арматуру) и часто даже рельсы (в длинные плети). Хорошая свариваемость стали – возможность получать сварной шов без трещин, который по прочности и вязкости не хуже основного металла. Свариваемость проверяется испытаниями после сварки специальных образцов. Условия хорошей свариваемости стали обычно противоречат требованиям прокаливаемости.

С точки зрения металлургии  дуговая, контактная, точечная электросварки заключаются в расплавлении и быстрой кристаллизации стали – почти закалке из расплава. Неодинаковое тепловое расширение зоны сварки создает высокие сварочные напряжения в шве и около него – и во время кристаллизации, и после охлаждения.

Термические напряжения в ходе сварки вызывают в шве горячие трещины (разрушение в твердожидком состоянии). Риск их появления тем выше, чем шире интервал температур кристаллизации (чем больше в стали углерода) и чем больше легкоплавких сульфидов.

 

18. От чего зависит контактная прочность стали?

Чем выше контактная прочность  стали, тем меньше вероятность возникновения  контактной усталости. Контактная усталость- зарождение и рост трещин при циклическом  нагружении, ниже предела текучести.

Такое свойство стали, как  контактная прочность имеет важное значение для деталей испытывающих постоянно повторяющиеся циклические нагрузки.

Например, при качении  шарика по кольцу в подшипнике или  колеса по рельсу.

Повысить контактную прочность стали можно получив  структуру мартенсита с мелкими  равновесными зернышками цементита, без следов цементитной сетки. Но тогда наиболее опасны неметаллические включения «умеренных размеров» – на порядок крупнее, чем цементит.

Если же крупных включений  много, то долговечность падает катастрофически: в 100 раз, когда оксидов крупнее 30 мкм стало больше в 10 раз. Чем выше твердость и модуль упругости включения, тем больше концентрация  напряжений в нем, а следовательно хуже  контактная прочность.

Например, для стали  ШХ15 наиболее опасны самые твердые  остроугольные включения - зерна корунда Аl₂О₃. При равном содержании кислорода, подшипники из кислой мартеновской стали в 2,5 раза  долговечнее, чем из электростали, так как в них вместо строчек крупных оксидов были глобули недеформируемых силикатов.

На контактную усталость влияет содержание серы. Содержание серы следует понижать, но сохраняя пропорцию[S]:[O]=2,5 т.к. выгодно, чтобы более легкоплавкий сульфид марганца кристаллизовался на поверхности частиц корунда, обволакивая их острые углы мягкой пленкой и снимая перегрузки в работе. Поэтому, например, наблюдается рост долговечности с повышением содержания серы от 0,01% до 0,023%, а далее - снижение.

 

19. Уровни прочности канатной стали. Технология упрочнения.

Уровень прочности канатной стали  колеблется в пределах 1300…2400 МПа.

Технология упрочнения.

Чем тоньше пластинки  цементита в перлите, тем больше упрочнение. Пластинки тем тоньше, чем ниже температура распада  переохлажденного аустенита. Оптимальную  температуру изотермического распада  надо быстро достичь и точно выдержать. Поэтому делается патентирование: протягиваемая проволока проходит через печь (или соляную ванну) нагрева и быстро охлаждается до температуры распада аустенита в ванне с расплавом свинца и солей. После волочения делается еще низкий отпуск для снятия напряжений.

К стали для патентирования (упрочнения) есть ряд жестких требований. Во-первых, чистота по легирующим элементам (Сr<0,10%;  Ni<0,15%; Сu<0,2%), иначе изотермический распад аустенита за время пребывания в свинцовой ванне не закончится, а остаток аустенита на выходе из ванны даст хрупкий мартенсит или бейнит. Использование лома в шихте исключается.

Во-вторых, вытягиваясь  при волочении, границы зерна  исходного аустенита превращаются в ленты вдоль оси проволоки.

Если на них были сегрегации фосфора или наночастицы АlN или МnS, проволока расслаивается по этим лентам при скручивании (или при волочении). Поэтому когда-то сталь для пружин плавили только из древесноугольного чугуна (чистого по фосфору и сере).

Сегодня его заменило железо прямого восстановления.

В-третьих, важна чистота по неметаллическим включениям.

Если включения деформируемы и при холодном волочении (как МnS), то из округлых в слитке они превратятся в нити макроскопической длины и субмикронной толщины, а включения-дендриты - в пучок нитей, по которым и произойдет расслой. Канаты из стали 60 с округлыми сульфидами (от введения РЗМ) выдерживали 25000 перегибов, а с длинными включениями - только 18000..

Недеформируемое включение (как Аl₂О₃) при размере 100 мкм сравнимо с диаметром проволоки, которая в этом месте оборвется еще при волочении (и потому в готовой проволоке таких не находят). От оксидов размером 3…10 мкм растут трещины усталости в пружинах или в канате, поэтому важны как содержание кислорода и серы в расплаве, так и приемы раскисления десульфурации.

Наконец, нагревы перед  патентированием требуют защитной атмосферы, так как даже тонкий обезуглероженный слой с малопрочным свободным  ферритом- очаг усталостного разрушения. Если же окалину стравливают, то затем нужен подогрев или выдержка, чтобы вышел захваченный водород, иначе проволока может растрескаться еще при хранении.

 

20. Виды коррозионных повреждений нержавеющей стали

Коррозия - это процесс разрушения металла под воздействием внешней среды. По механизму протекания различают химическую коррозию, возникающую под воздействием газов или неэлектролитов (нефть и др.), и электрохимическую, развивающуюся в случае контакта металла с электролитами (кислоты, щелоча, соли, влажная атмосфера, почва, морская вода).

Стали, устойчивые против электрохимической коррозии, называют коррозионностойкими (нержавеющими).

Нержавеющие стали разделяют  на две основные группы: хромистые  и никелевые.

Хромистые коррозионностойкие стали применяют трех типов: с 13, 17 и 27% Cr, при этом в сталях с 13% Cr содержание углерода может изменяться в зависимости от требований в пределах от 0,08 до 0,40%. Структура и свойства хромистых сталей зависят от количества хрома и углерода. Так, повышение концентрации углерода в стали приводит к образованию карбидов, уменьшая количество хрома в твердом растворе; при этом в стали возникает двухфазная структура.

Стали с 13% хрома подвержены коррозионному растрескиванию и  точечной коррозии в средах, содержащих ионы хлора.

Так же нагрев закаленных сталей в интервале 500-800˚С приводит к выделению в пограничных зонах зерен карбидов хрома M23C6  и обеднению в связи с этим указанных зон хрома ниже 12%-ного предела; это вызывает снижение электрохимического потенциала пограничных участков аустенитного зерна и их растворение в коррозионной среде. Коррозионное разрушение имеет межкристаллический характер, приводит к охрупчиванию стали и называется межкристаллитной (интеркристаллитной) коррозией (МКК).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Лейкин А. Е., Родин Б. И. Материаловедение. Учебник для машиностроительных специальностей вузов. – М.: «Высшая школа», 1971.
2. Петренко Ю. А., Каратушин С. И., Глазунов К. О. Материаловедение. Методические указания по выполнению контрольных и курсовых работ для студентов специальностей 230100, 230300, 2307.12. – СПб.: Изд-во СПбГАСЭ, 2005.
3. Колесник П. А., Кланица В. С. Материаловедение на автомобильном транспорте. Учебник для студентов высших учебных заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.
4. Марочник сталей и сплавов. Под ред. А.С.Зубченко. М.:Машиностроение, 2002.- 672с.
5. Никифоров В. М. Технология металлов и конструкционные материалы. – М.: Изд. «Высшая школа», 1968.
6. ГОСТ 4542. Сталь легированная конструкционная. Технические условия. Изд. Стандартов, 1990.-64с.
7. Ассонов А. Д. Технология термообработки деталей машин. – М.: Машиностроение, 1969.
8. Лепеш Г.В. Материаловедение. Методические указания по изучению курсаСПб.:Изд-воСПбГАСЭ,2001г.-31с.
9. Конструкционные материалы: Справочник/Под ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение , 1990.-668с.       
10. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение: Учебник для вузов. – СПб.: Химиздат, 2004. – 696 с.