Шпаргалки по "Материаловедению"

Растворение легирующих элементов в происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. Эти амомы создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода.

Изменение размеров решетки вызывает изменение свойств феррита – прочность повышается, пластичность уменьшается. Хром, молибден и вольфрам упрочняют меньше, чем никель, кремний и марганец. Молибден и вольфрам, а твкже кремний и марганец в определенных количествах, снижают вязкость.

В сталях карбиды образуются металлами, расположенными в таблице Менделеева левее железа (хром, ванадий, титан), которые имеют менее достроенную d – электронную полосу.

В процессе карбидообразования углерод отдает свои валентные электроны на заполнение d – электронной полосы атома металла, тогда как у металла валентные электроны образуют металлическую связь, обуславливающую металлические свойства карбидов.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла более 0,59 образуются типичные химические соединения: Fe3C, Mn3C, Cr23C6, Cr7C3, Fe3W3C – которые имеют сложную кристаллическую решетку и при нагреве растворяются в аустените.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла менее 0,59 образуются фазы внедрения: Mo2C, WC, VC, TiC, TaC, W2C – которые имеют простую кристаллическую решетку и трудно растворяются в аустените.

Все карбиды обладают высокой твердостью и температурой плавления.

 

40. Влияние ЛЭ на кинетику расплава переохлажденного аустенита, интервал мартенситного превращения.

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

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

Карбидообразующие элементы (хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан) вносят и качественные изменения в кинетику изотермического превращения. При разных Т они по разному влияют на скорость распада А: при Т 700…500oС — замедляют превращение в перлитной области, при температуре 500…400oС (образование троостита) – очень сильно замедляют превращение, при Т 400…300oС (промежут. превращение) – замедляет превращение А в бейнит, но меньше, чем образование троостита. Это отражается на форме С-образных кривых: наблюдаются два макс. V изотермического распада, разделенных областью высокой устойчивости переохлажденного А (б). Т макс устойчивости А зависит от карбидообразующего элемента: хром – 400…500oС, вольфрам – 500…550oС, молибден – 550…575oС, ванадий – 575…600oС. Время макс. устойчивости при заданной Т возрастает с увеличением степени легированности. Важным является замедление V распада. Это способствует более глубокой прокаливаемости и переохлаждению А до интервала М превращения при более медленном охлаждении. Увелич. прокаливаемость хром, никель, молибден, марганец, особенно при совместном легировании

Влияние ЛЭ 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 ЛЭ на превращ. переохлажд. А:

а – некарбидооб. элем.;

б — карбидообр. элем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

41. Влияние ЛЭ на рост зерна А. Наследственно мелкозерн. стали. Влияние ЛЭ на превращение при отпуске стали.

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

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

Карбидообразующие элементы (хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан) вносят и качественные изменения в кинетику изотермического превращения. При разных Т они по разному влияют на V распада А: при Т 700…500oС — замедляют превращение в перлитной области, при Т 500…400oС (образование троостита) – очень сильно замедляют превращение, при Т 400…300oС (промежут. превращение) – замедляет превращение А в бейнит, но меньше, чем образование троостита. Это отражается на форме С-образных кривых: наблюдаются два макс. V изотермического распада, разделенных областью высокой устойчивости переохлажденного А (б). Т макс устойчивости А зависит от карбидообразующего элемента: хром – 400…500oС, вольфрам – 500…550oС, молибден – 550…575oС, ванадий – 575…600oС. Время макс. устойчивости при заданной Т возрастает с увеличением степени легированности (очень велико для высоколегированных сталей). Важным является замедление V распада. Это способствует более глубокой прокаливаемости и переохлаждению А до интервала М превращения при более медленном охлаждении (масло, воздух). Увелич. прокаливаемость хром, никель, молибден, марганец, особенно при совместном легировании

Влияние ЛЭ на превращение при отпуске стали. 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…500oС. 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.

Влияние ЛЭ на превращ. переохлажд. А:

а – некарбидооб. элем.;

б — карбидообр. элем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

42. Классификация и маркировка легированных сталей.

Стали классифицируются по нескольким признакам.

1. По структуре  после охлаждения на воздухе  выделяются три основных класса  сталей:

• перлитный;
• мартенситный;
• аустенитный

Стали перлитного класса характеризуются малым содержанием легирующих элементов; мартенситного – более значительным содержанием; аустенитного – высоким содержанием легирующих элементов.

2. По степени  легирования (по содержанию ЛЭ):

• низколегированные – 2,5…5 %;
• среднелегированные – до 10 %;
• высоколегированные – более 10%.

3. По числу  легирующих элементов:

• трехкомпонентные (железо, углерод, легирующий элемент);
• четырехкомпонентные (железо, С, два ЛЭ) и так далее.

4. По составу: никелевые, хпомистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и так далее (признак– наличие тех или иных легирующих элементов).

5. По назначению:

• конструкционные;
• инструментальные (режущие, мерительные, штамповые);
• стали и сплавы с особыми свойствами (резко выраженные свойства – нержав., жаропр. и термоуст., износоустойчивые, с особыми магнитными и электрич. свойствами).

Маркировка легированных сталей.

Легированные стали маркируют цифрами и буквами. Первая цифра указывает на процентное содержание углерода в сотых долях. Следующей далее буквой указывают на прочность элемента, который образуется этой буквой. Если за буквой стоит цифра она обозначает в целых проценты. Если цифры нет, то содержимое этого элемента порядка 1%.

Буква: А если в средине маркировки, то N, в конце маркировки, то сталь улучшенного качества.

Б-Nb(необий), В-W, Г-Mn, Д-Cu, К-Co(кобаоьт)

М-Mo(нолептен), Н-Ni, П-P

P если в средине маркировки В(бор), если в начале, то указывает на то, сто сталь быстрорежущая, инструментальная.

С-Si(кремний), Т-Ti(титан), Ф-V(ванадий),           Х-Cr(хром), Ч-РЗМ(редкоземельный)

СИ если в начале маркировки, то указывает, что сталь торикоподминниковая, если в средине–Mg(магний), Ю-Al

18ХГТ прибл. равно 0.18 углерода, порядка 1% хрома, 1% магния, 1% титана остальное железо.

20Х2НЧВА прибл. равно 2.0% углерода, 2% хрома, 4% никеля, 1%-W углеродного качества.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

43. Пружинные стали общего и специального назначения.

Особенностью работы является то, что при значительных статических и ударных нагрузках они должны испытывать только упругую деформацию, остаточная деформация не допускается. Основные требования к пружинным сталям – обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также необходимой пластич. и сопротивления хрупкому разрушению, стойкости к релаксации напряжений.

Пружины работают в области упругих деформаций, когда между действующим напряжением и деформацией наблюдается пропорциональность. При длит. работе пропорциональность нарушается из-за перехода части энергии упругой деформ. в энергию пластич.деформации. Напряжения при этом снижаются.

Самопроизвольное снижение напряжений при постоянной суммарной деформации называется релаксацией напряжений.

Она приводит к снижению упруг. и надежности работы пружин.

Пружины изгот. из углеродистых (65, 70) и легированных (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР) конструкционных сталей.

Для сталей, используемых для пружин, необходимо обеспечить сквозную прокаливаемость, чтобы получить структуру троостита по всему сечению.

Упругие и прочностные свойства пружинных сталей достигаются при изотермической закалке.

Пружинные стали легируют элементами, которые повышают предел упругости – кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием, бором.

В целях повышения усталостной прочности не допускается обезуглероживание при нагреве под закалку и требуется высокое качество поверхности.

Пружины и другие элементы специального назначения изготавливают из высокохромистых мартенситных (30Х13), мартенситно-стареющих (03Х12Н10Д2Т), аустенитных нержавеющих (12Х18Н10Т), аустенито-мартенситных (09Х15Н8Ю), быстрорежущих (Р18) и других сталей и сплавов.

 

44. Подшипниковые стали общего и специального назнач..

Подвергаются воздействию высоких нагрузок переменного характера. Основными требованиями являются высокая прочность и износостойкость, высокий предел выносливости, отсутствие концентраторов напряжений, неметаллических включений, полостей, ликваций.

Шарикоподшипниковые стали хар. высоким содержанием углерода (около 1 %) и наличием хрома (ШХ9, ШХ15).

Высокое содержание углерода и хрома после закалки обеспечивает структуру мартенсит плюс карбиды, высокой твердости, износостойкости, необходимой прокаливаемости.

Дальнейшее увеличение прокаливаемости достигается дополн. легированием марганцем, кремнием (ШХ15СГ).

Повышены требования в отношении чистоты и равномерности распределения карбидов, в противном случае может произойти выкрашивание. Стали подверг. строгому металлургическому контролю на наличие пористости, неметаллических включений, карбидной сетки, карбидной ликвации.

Термическая обработка включает отжиг, закалку и отпуск. Отжиг проводят после ковки для снижения твердости и подготовки структуры к закалке. Т закалки составляет 790-880 oС в зависимости от массивности деталей. Охлаждение – в масле (кольца, ролики), в водном растворе соды или соли (шарики). Отпуск стали проводят при температуре 150-170oС в течение 1-2 часов. Обеспечивается твердость 62…66 НRC.

Из стали ШХ9 изготавливают шарики и ролики небольших размеров, из стали ШХ15 – более крупные.

Детали подшипников качения, испытывающие большие динамические нагрузки (подшипники прокатных станов), изготавливают из сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с последующей глубокой цементацией на глубину 5…10 мм. Для деталей подшипников, работающих в азотной кислоте и других агрессивных средах, используется сталь 95Х18.

 

 

45. Автоматные стали. Мартенситстар. стали.

Автоматными называют стали, обладающие повышенной обрабатываемостью резанием. Эффективным металлургическим приемом повышения обрабатываемости резанием является введение в сталь серы, селена, теллура, кальция, которые изменяют состав неметаллических включений, а также свинца, который образует собственные включения. Автоматные стали А12, А20 с повышенным содержанием серы и фосфора используются для изготовления малонагруженных деталей на станках автоматах (болты, винты, гайки, мелкие детали швейных, текстильных, счетных и других машин). Эти стали обладают улучшенной обрабатываемостью резанием, поверхность деталей получается чистой и ровной. Стали А30 и А40Г предназначены для деталей, испытывающих более высокие нагрузки. У автоматных сталей, содержащих свинец, (АС11, АС40), повышается стойкость инструмента в 1…3 раза и скорость резания на 25…50 %. Легированные хромистые и хромоникелевые стали с присадкой свинца и кальция (АЦ45Г2, АСЦ30ХМ, АС20ХГНМ) используются для изготовления нагруженных деталей в автомобильной и тракторной промышленности. Автоматные стали подвергают диффузионному отжигу при температуре 1100…1150oС, для устранения ликвации серы.