Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


—плавы железа с углеродом 3. 1. ƒиаграмма состо€ни€ железоуглеродистых сплавов




ƒиаграмма состо€ни€ железоуглеродистых сплавов дает представ≠ление о строении основных конструкционных сплавов Ч сталей и чугунов.

 омпоненты, фазы и структурные составл€ющие сплавов же≠леза с углеродом. ∆елезо Ч пластичный металл серебристо-белого цвета с невысокой твердостью (Ќ¬ 80). “емпература плавлени€ Ч 1539 ∞—, плотность 7,83 г/см3. »меет полиморфные модификации (см. раздел 2.1.). — углеродом железо образует химическое соединение и твердые растворы.

÷ементит Ч это химическое соединение железа с углеродом (карбид железа) Fe 3 . ¬ нем содержитс€ 6,67 % углерода (по массе). »меет сложную ромбическую кристаллическую решетку. ’аракте≠ризуетс€ очень высокой твердостью (Ќ¬ 800), крайне низкой плас≠тичностью и хрупкостью.

‘ерритом называетс€ твердый раствор углерода к α- железе. —о≠держание углерода в феррите очень невелико Ч максимальное 0,02% при температуре 727 ∞—. Ѕлагодар€ столь малому содержанию угле≠рода свойства феррита совпадают со свойствами железа (низка€ твер≠дость и высока€ пластичность). “вердый раствор углерода в высоко≠температурной модификации Fe α (т. е. в Fe δ) часто называют δ- ферритом или высокотемпературным ферритом.

јустенит Ч это твердый раствор углерода в γ- железе. ћакси≠мальное содержание углерода в аустените составл€ет 2,14 % (при температуре 1147 ∞—). »меет твердость Ќ¬ 220.

ѕерлит Ч это механическа€ смесь феррита с цементитом. —о≠держит 0,8% углерода, образуетс€ из аустенита при температуре 727∞—. »меет пластинчатое строение, т.е. его зерна состо€т из чередующих≠с€ пластинок феррита и цементита. ѕерлит €вл€етс€ эвтектоидом. ЁвтектоидЧ это механическа€ смесь двух фаз, образующа€с€ из твердого раствора (а не из жидкого сплава, как эвтектика).

Ћедебурит представл€ет собой эвтектическую смесь аустенита с цементитом. —одержит 4,3 % углерода, образуетс€ из жидкого сплава при температуре 1147 ∞—. ѕри температуре 727 ∞— аустенит, вход€≠щий в состав ледебурита превращаетс€ в перлит и ниже этой темпе≠ратуры ледебурит представл€ет собой механическую смесь перлита с цементитом.

‘аза цементита имеет п€ть структурных форм: цементит пер≠вичный, образующийс€ из жидкого сплава; цементит вторичный, образующийс€ из аустенита; цементит третичный, образующийс€ из феррита; цементит ледебурита; цементит перлита.

ƒиаграмма Fе-Fе3—. Ќа рис. 13 приведена диаграмма состо€ни€ сплавов железа с цементитом. Ќа горизонтальной оси концентраций отложено содержание углерода от 0 до 6,67 %. Ћева€ вертикальна€ ось соответствует 100 % содержанию железа. Ќа ней отложены темпера≠тура плавлени€ железа и температуры его полиморфных превраще≠ний. ѕрава€ вертикальна€ ось (6,67 % углерода) соответствует 100 % содержанию цементита. Ѕуквенное обозначение точек диаграммы при≠н€то согласно международному стандарту и изменению не подлежит.

Ћини€ ^ ј¬—ƒ диаграммы €вл€етс€ линией ликвидус. Ќа ней на≠чинаетс€ кристаллизаци€: на участке ј¬ Ч феррита, ¬— Ч аустенита и —ƒ Ч первичного цементита. Ћини€ AHJECF €вл€етс€ лини≠ей солидус диаграммы.

∆елезоуглеродистые сплавы в зависимости от содержани€ угле≠рода дел€тс€ на техническое железо (до 0,02 % —), сталь (от 0,02 до 2,14 % —) и чугун (от 2,14 до 6,67 % —). —таль, содержаща€ до 0,8 % — называетс€ доэвтектоидной, 0,8 % — Ч эвтектоидной и свыше 0,8 % — Ч заэвтектоидной. „угун, содержащий от 2,14 до 4,3 % — называетс€ доэвтектическнм, ровно 4,3% Ч эвтектическим и от 4,3 до 6,67 % — Ч заэвтектическим.

—труктура технического железа представл€ет собой зерна фер≠рита или феррит с небольшим количеством третичного цементита. ќб€зательной структурной составл€ющей стали €вл€етс€ перлит. —труктура доэвтектоидной стали, состоит из равномерно распреде≠ленных зерен феррита и перлита. Ёвтектоидна€ сталь состоит толь≠ко из перлита. —труктура заэвтектоидной стали представл€ет собой зерна перлита, окруженные сплошной или прерывистой сеткой вто≠ричного цементита. ƒн€ чугуна характерно наличие ледебурита в структуре. —труктура доэвтектического чугуна состоит из перлита, вторичного цементита и ледебурита, эвтектического Ч из ледебури≠та и заэвтектического Ч из ледебурита и первичного цементита.

«начение диаграммы железо - цементит состоит в том, что она позвол€ет объ€снить зависимость структуры и, соответственно, свойств сталей и чугунов от содержани€ углерода и определить ре≠жимы термической обработки дл€ изменени€ свойств сталей.
3.2. —тали
—талью называетс€ сплав железа с углеродом, в котором углеро≠да содержитс€ не более 2,14%. Ёто теоретическое определение. Ќа практике в стал€х, как правило, не содержитс€ углерода более 1,5 %.

¬ли€ние углерода и примесей на свойства стали. ”глерод существенно вли€ет на свойства стали даже при незначительном измене≠нии его содержани€. ¬ стали имеютс€ две фазы Ч феррит и цементит (частично в виде перлита).  оличество цементита возрастает пр€мо пропорционально содержанию углерода. ак уже говорилось, феррит характеризуетс€ высокой пластичностью и низкой твердостью, а це≠ментит, напротив, очень низкой пластичностью и высокой твердо≠стью. ѕоэтому с повышением содержани€ углерода до 1,2 % снижают≠с€ пластичность и в€зкость стали и повышаютс€ твердость и прочность.

ѕовышение содержани€ углерода вли€ет и на технологические свойства стали.  овкость, свариваемость и обрабатываемость реза≠нием ухудшаютс€, по литейные свойства улучшаютс€.

 роме железа и углерода в стали всегда присутствуют посто€нные примеси. Ќаличие примесей объ€сн€етс€ технологическими особен≠ност€ми производства стали (марганец, кремний) и невозможностью полного удалени€ примесей, попавших в сталь из железной руды (сера, фосфор, кислород, водород, азот). ¬озможны также случайные при≠меси (хром, никель, медь и др.).

ћарганец и кремний ввод€т в любую сталь дл€ раскислени€, т.е. дл€ удалени€ вредных примесей оксида железа Fеќ. ћарганец также устран€ет вредные сернистые соединени€ железа. ѕри этом содер≠жание марганца обычно не превышает 0,8 %, а кремни€ Ч 0,4 %. ћарганец повышает прочность, а кремний упругость стали.

‘осфор раствор€етс€ в феррите, сильно искажает кристалли≠ческую решетку, снижа€ при этом пластичность и в€зкость, но по≠выша€ прочность. ¬редное вли€ние фосфора заключаетс€ в том, что он сильно повышает температуру перехода стали в хрупкое состо€≠ние, т.е. вызывает ее хладноломкость. ¬редность фосфора усугубл€≠етс€ тем, что он может распредел€тьс€ в стали неравномерно. ѕо≠этому содержани€ фосфора в стали ограничиваетс€ величиной 0,045 %.

—ера также €вл€етс€ вредной примесью. ќна нерастворима в железе и образует с ним сульфид железа FeS, который образует с железом легкоплавкую эвтектику. Ёвтектика располагаетс€ по гра≠ницам зерен и делает сталь хрупкой при высоких температурах. Ёто €вление называетс€ красноломкостью.  оличество серы в стали ог≠раничиваетс€ 0,05 %.

¬одород, азот и кислород содержатс€ в стали в небольших ко≠личествах. ќни €вл€ютс€ вредными примес€ми, ухудшающими свой≠ства стали.

^  лассификаци€ сталей. ѕо химическому составу стали могут быть углеродистыми, содержащими железо, углерод и примеси и легированными, содержащими дополнительно легирующие элемен≠ты, введенные в сталь с целью изменени€ ее свойств.

ѕо содержанию углерода стали дел€тс€ на низкоуглеродистые (до 0,25 % —), среднеуглеродистые (0,25 Е 0,7 % —) и высокоуглеро≠дистые (более 0,7 % —).

ѕо назначению различают стали конструкционные, идущие на изготовление деталей машин, конструкций и сооружений, инстру≠ментальные, идущие на изготовление различного инструмента, а также стали специального назначени€ с особыми свойствами: нержавею≠щие, жаростойкие, жаропрочные, износостойкие, с особыми элект≠рическими и магнитными свойствами и др..

ѕо показател€м качества стали классифицируютс€ на обыкно≠венного качества, качественные, высококачественные и особо высо≠кокачественные.  ачество стали характеризуетс€ совокупностью свойств, определ€емых процессом производства, химическим соста≠вом, содержанием газов и вредных примесей (серы и фосфора). ¬ соответствии с √ќ—“ом стали обыкновенного качества должны со≠держать не более 0,045 % и 0,05 % S, качественные Ч не более 0,035 % и 0,04 % S, высококачественные Ч не более 0,025 % и 0,025 % S и особо высококачественные Ч не более 0,025 % и 0,015 % S.

”глероди≠стые конструкционные стали могут быть только обыкновенного ка≠чества и качественными.

 ачественные конструкционные углеродистые стати маркируют≠с€ цифрами 08, 10, 15, 20, 25,..., 85, которые обозначают среднее содержание углерода в сотых дол€х процента. Ёти стали отличаютс€ от сталей обыкновенного качества большей прочностью, пластичностью и ударной в€зкостью. ≈сли дл€ сталей обыкновенного качества макси≠мальна€ прочность составл€ет 700 ћѕа, то дл€ качественной она достигает 1100 ћѕа. Ѕолее подробно они будут рассмотрены совместно с конструкционными легированными стал€ми (см. раздел 5.1.).


3.3. „угуны
„угуном называют сплав железа с углеродом, содержащий от 2,14 до 6,67 % углерода. Ќо это теоретическое определение. Ќа практике содержание углерода в чугунах находитс€ в пределах 2,5Е4,5 %. ¬ качестве примесей чугун содержит Si, ћn, S и .

 лассификаци€ чугунов. ¬ зависимости от того, в какой форме содержитс€ углерод в чугунах, различают следующие их виды. ¬ бе≠лом чугуне весь углерод находитс€ в св€занном состо€нии в виде це≠ментита. —труктура белого чугуна соответствует диаграмме - 3 —. ¬ сером чугуне больша€ часть углерода находитс€ в виде графита, вклю≠чени€ которого имеют пластинчатую форму. ¬ высокопрочном чугуне графитные включени€ имеют шаровидную форму, а в ковком Ч хлопь≠евидную. —одержание углерода в виде цементита в сером, высоко≠прочном и ковком чугунах может составл€ть не более 0,8%.

Ѕелый чугун обладает высокой твердостью, хрупкостью и очень плохо обрабатываетс€. ѕоэтому дл€ изготовлени€ изделий он не ис≠пользуетс€ и примен€етс€ как предельный чугун, т.е. идет на произ≠водство стали. ƒл€ деталей с высокой износостойкостью использу≠етс€ чугун с отбеленной поверхностью, в котором основна€ масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой Ч белого чугуна. ћашиностроительными чугунами, идущими на изго≠товление деталей, €вл€ютс€ серый, высокопрочный и ковкий чугуны. ƒетали из них изготовл€ютс€ литьем, так как чугуны имеют очень хорошие литейные свойства. Ѕлагодар€ графитным включени≠€м эти чугуны хорошо обрабатываютс€, имеют высокую износостой≠кость, гас€т колебани€ и вибрации. Ќо графитные включени€ умень≠шают прочность.

“аким образом, структура машиностроительных чугунов состо≠ит из металлической основы и графитных включений. ѕо металли≠ческой основе они классифицируютс€ на ферритный чугун (весь углерод содержитс€ в виде графита), феррито-перлитный и перлит≠ный (содержит 0,8% углерода в виде цементита). ’арактер ме≠таллической основы вли€ет на механические свойства чугунов: проч≠ность и твердость выше у перлитных, а пластичность Ч у ферритных.

^ —ерый чугун имеет пластинчатые графитные включени€. —трук≠тура серого чугуна схематически изображена на рис. 14, а. ѕолучают серый чугун путем первичной кристаллизации из жидкого сплава.

Ќа графитизацию (процесс выделени€ графита) вли€ют скорость охлаждени€ и химический состав чугуна. ѕри быстром охлаждении графитизации не происходит и получаетс€ белый чугун. ѕо мере уменьшени€ скорости охлаждени€ получаютс€, соответственно, пер≠литный, феррито-перлитный и ферритный серые чугуны. —пособ≠ствуют графитизации углерод и кремний.

 ремни€ содержитс€ в чу≠гуне от 0,5 до 5 %. »ногда его ввод€т специально. ћарганец и сера преп€тствуют графитизации.  роме того, сера ухудшает механичес≠кие и литейные свойства. ‘осфор не вли€ет на графитизацию, но улучшает литейные свойства.

ћеханические свойства серого чугуна завис€т от количества и размера графитных включений. ѕо сравнению с металлической ос≠новой графит имеет низкую прочность. ѕоэтому графитные включе≠ни€ можно считать нарушени€ми сплошности, ослабл€ющими ме≠таллическую основу. “ак как пластинчатые включени€ наиболее сильно ослабл€ют металлическую основу, серый чугун имеет наибо≠лее низкие характеристики, как прочности, так и пластичности сре≠ди всех машиностроительных чугунов. ”меньшение размера графит≠ных включений улучшает механические свойства. »змельчению графитных включений способствует кремний.

ћаркируетс€ серый чугун буквами —„ и числом, показывающем предел прочности в дес€тых дол€х мегапаскал€. “ак, чугун —„ 35 имеет σв=350 ћѕа. »меютс€ следующие марки серых чугунов: —„ 10, —„ 15, —„ 20...., —„ 45.

^ ¬ысокопрочный чугун имеет шаровидные графитные включе≠ни€. —труктура высокопрочного чугуна изображена на рис. 14, б. ѕолучают высокопрочный чугун добавкой в жидкий чугун неболь≠шого количества щелочных или щелочноземельных металлов, кото≠рые округл€ют графитные включени€ в чугуне, что объ€сн€етс€ уве≠личением поверхностного нат€жени€ графита. „аще всего дл€ этой цели примен€ют магний в количестве 0,03Е0,07 %. ѕо содержанию других элементов высокопрочный чугун не отличаетс€ от серого.

Ўаровидные графитные включени€ в наименьшей степени ос≠лабл€ют металлическую основу. »менно поэтому высокопрочный чугун имеет более высокие механические свойства, чем серый. ѕри этом он сохран€ет хорошие литейные свойства, обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации и т. д.

ћаркируетс€ высокопрочный чугун буквами ¬„ и цифрами, показывающими предел прочности и дес€тых дол€х мегапаскал€. Ќапример, чугун ¬„ 60 имеет σв = 600 ћѕа. —уществуют следующие марки высокопрочных чугунов: ¬„ 35, ¬„ 40, ¬„ 45, ¬„ 50, ¬„ 60, ¬„ 70, ¬„ 80, ¬„ 100. ѕримен€ютс€ высокопрочные чугуны дл€ изготовлени€ ответственных деталей Ч зубчатых колес, валов и др.

^  овкий чугун имеет хлопьевидные графитные включени€ (рис. 14, в). ≈го получают из белого чугуна путем графитизирующего отжига, ко≠торый заключаетс€ в длительной (до 2 суток) выдержке при темпера≠туре 950Е970 ∞—. ≈сли после этого чугун охладить, то получаетс€ ков≠кий перлитный чугун, металлическа€ основа которого состоит из перлита и небольшого количества (до 20 %) феррита. “акой чугун называют также светлосердечным. ≈сли в области эвтектоидного пре≠вращени€ (720Е760 ∞—) проводить очень медленное охлаждение или даже дать выдержку, то получитс€ ковкий ферритный чугун, металли≠ческа€ основа которого состоит из феррита и очень небольшого ко≠личества перлита (до 10 %). Ётот чугун называют черносердечным, так как он содержит сравнительно много графита.

ћаркируетс€ ковкий чугун буквами  „ и двум€ числами, пока≠зывающими предел прочности в дес€тых дол€х мегапаскал€ и от≠носительное удлинение в %. “ак, чугун  „ 45-7 имеет σв = 450 ћѕа и δ= 7%. ‘ерритные ковкие чугуны ( „ 33-8,  „ 37-12) имеют более высокую пластичность, а перлитные ( „ 50-4,  „ 60-3) более высокую прочность. ѕримен€ют ковкий чугун дл€ деталей неболь≠шого сечени€, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.

^ 5. Ћ≈√»–ќ¬јЌЌџ≈ —“јЋ»
Ћегированной называют сталь, содержащую специально введенные в нее с целью изменени€ строени€ и свойств легирующие элементы.

Ћегированные стали имеют целый р€д преимуществ перед углеро≠дистыми. ќни имеют более высокие механические свойства, прежде всего, прочность. Ћегированные стали обеспечивают большую прокаливаемость, а также возможность получени€ структуры мартенсита при закалке в масле, что уменьшает опасность по€влени€ трещин и короб≠лени€ деталей. — помощью легировани€ можно придать стали различ≠ные специальные свойства (коррозионную стойкость, жаростойкость, жаропрочность, износостойкость, магнитные и электрические свойства).

 лассификаци€ сталей по различным признакам была рассмот≠рена ранее (см. раздел 3.2). ќтметим только, что стали обыкновен≠ного качества, могут быть только углеродистыми, т.е. легированные стали, как минимум, €вл€ютс€ качественными.

ћаркируютс€ легированные стали с помощью цифр и букв, ука≠зывающих примерный химический состав стали. ѕервые цифры в марке показывают среднее содержание углерода в сотых дол€х про≠цента. ƒалее показываетс€ содержание легирующих элементов.  аж≠дый элемент обозначаетс€ своей буквой: Ќ Ч никель, Ч марга≠нец, ÷ Ч цирконий, Ч титан, X Ч хром, ƒ Ч медь, — Ч кремний, ј Ч азот,   Ч кобальт, Ч бор, ѕ Ч фосфор, Ч ванадий, ћ Ч молибден, Ѕ Ч ниобий, ¬ Ч вольфрам, ё Ч алюминий. ÷ифры, идущие после буквы, указывают примерное содержание данного ле≠гирующего элемента в процентах. ѕри содержании элемента менее 1% цифра отсутствует. Ќапример, сталь 12’18Ќ10“ содержит при≠близительно 0,12 % углерода, 18 % хрома, 10 % никел€, менее 1 % титана. ƒл€ некоторых групп сталей примен€ют другую маркировку, котора€ будет указана при рассмотрении этих сталей.
^ 5.1.  онструкционные стали
 онструкционные стали идут на изготовление деталей машин, конструкций и сооружений. ќни должны обеспечивать длительную и надежную работу деталей и конструкций в услови€х эксплуатации. ѕоэтому основное требование к конструкционным стал€м Ч комплекс высоких механических свойств.

^ —троительные стали содержат малые количества углерода (0,1Е0,3%). Ёто объ€сн€етс€ тем, что детали строительных конструкции обычно соедин€ютс€ сваркой. Ќизкое содержание углерода обеспечивает хорошую свариваемость.

¬ качестве строительных используютс€ углеродистые стали —т2 и —т«, имеющие предел текучести σ0.2=240 ћѕа. ¬ низколегированных строительных стал€х при содержании около 1,5 % ћn и 0,7% Si предел текучести увеличиваетс€ до 360 ћѕа.   этим стал€м относ€тс€ 14√2, 17√—, 14’√—. ƒополнительное легирование небольшими количествами ванади€ и ниоби€ (до 0,1 %) повышает предел текучести до 450 ћѕа за счет уменьшени€ величины зерна.   стал€м такого типа относ€тс€ 14√2ј‘, 17√2ј‘Ѕ.

ѕриведенные стали примен€ют дл€ строительных конструкций, армировани€ железобетона, магистральных нефтепроводов и газопроводов.

^ ÷ементуемые стали содержат 0,1Е0,3 % углерода. ќни подверга≠ютс€ цементации, закалке и низкому отпуску. ѕосле этой обработки твердость поверхности составл€ет HRC 60, а сердцевины HRC 15 Е 40. ”прочнение сердцевины в этих стат€х тем сильнее, чем больше содержание легирующих элементов. ¬ зависимости от степени уп≠рочнени€ сердцевины цементуемые стали можно разделить на три группы.

  стал€м с неупрочн€емой сердцевиной относ€тс€ углеродистые цементуемые стали 10, 15, 20. »х сердцевина имеет феррито-пер-литную структуру. Ёти стали имеют высокую износостойкость, но малую прочность (σв= 400Е500 ћѕа). ѕоэтому они примен€ютс€ дл€ малоответственных деталей небольших размеров.

  стал€м со слабо упрочн€емой сердцевиной относ€тс€ низколегированные стали 15’, 15’–, 20’Ќ и др. —ердцевина имеет структуру бейнит. Ёти стали имеют повышенную прочность (σв = 750Е850 ћѕа).

  стал€м с сильно упрочн€емой сердцевиной относ€тс€, стали 20’√–, 18’√“, «ќ’√“, 12’Ќ«, 18’2Ќ4¬ и др. —ерцевина имеет мартенситную структуру. —тали этой группы имеют высокую прочность (σв = 1200Е1600 ћѕа) и примен€ютс€ дл€ крупных деталей, испытывающих значительные нагрузки.

^ ”лучшаемые стали содержат 0,3Е0,5 % углерода и небольшое количество легирующих элементов (до 3Е5 %). Ёти стали подвергаютс€ улучшению, состо€щему из закалки в масле и высокого отпуска. ѕосле термообработки имеют структуру сорбита. ћеханические свой≠ства разных марок улучшаемой стали в случае сквозной прокаливаемости близки (σв = 900Е1200 ћѕа). ѕоэтому прокаливаемость оп≠редел€ет выбор стали. „ем больше легирующих элементов, тем выше прокаливаемость. —ледовательно, чем больше сечение детали, тем более легированную сталь следует использовать. ѕо прокаливаем ос≠ти улучшаемые стали могут быть условно разбиты на п€ть групп.

¬ первую труппу вход€т углеродистые стали 35, 40, 45, имеющие критический диаметр D кр= 10 мм (см. раздел 4.2.). Ёти стали под≠вергаютс€ нормализации вместо улучшени€.

 о второй группе относ€тс€ стали, легированные хромом «ќ’, 40’. ƒл€ них критический диаметр составл€ет D кр= 15Е20 мм.

“ретью группу составл€ют хромистые стали, дополнительно ле≠гированные еще одним двум€ элементами (кроме никел€) «ќ’ћ, 40’√, «ќ’√— и др. ƒл€ этих сталей D кр= 20Е30 мм.

„етверта€ группа представлена хромоникелевыми стал€ми, со≠держащими около 1% никел€: 40’Ќ, 40’Ќћ и др. »х критический диаметр ^ D кр= 40 мм.

¬ п€тую группу вход€т стали, легированные р€дом элементов, причем содержание никел€ доходит до 3Е4 %: 38’Ќ«, 38’Ќ«ћ‘ (D кр= 100 мм). Ёто лучшие марки улучшаемых сталей, хот€ они сравнительно дороги.

^ ¬ысокопрочные стали. Ќовейша€ техника предъ€вл€ет высо≠кие требовани€ к прочности стали (σв = 1500Е2500 ћѕа). Ётим тре≠бовани€м соответствуют мартенитностареющие стали сочетаю≠щие высокую прочность с достаточной в€зкостью и пластичностью. ќни представл€ют собой практически безуглеродистые (до 0,03 % —) сплавы железа с никелем (17Е26 % Ni), дополнительно легированные титаном, алюминием, молибденом, ниобием и кобальтом.

Ўирокое распространение получила сталь Ќ18 9ћ5“. ќна подвергаетс€ за≠калке на воздухе с 800Е850 ∞—. ¬ысокую прочность маргенситностареюшие стали получают в результате старени€, представл€ющего собой отпуск, производимый при температуре 450Е500 ∞—. ¬ резуль≠тате такой термообработки сталь Ќ18 9ћ5“ имеет предел прочно≠сти σ в = 2000 ћѕа.

 роме упом€нутой выше стали нашли применение стали Ќ12 8ћ«√2, ћё’11ћ2“, Ќ12 8ћ4√2 и другие. ћартенситностаре-ющие стали примен€ют в авиационной промышленности, в ракетной технике, судостроении и т. д. ќни обладают хорошей свариваемостью и обрабатываемостью. Ёти стали €вл€ютс€ достаточно дорогосто€щими.

^ ѕружинные стали. ¬ пружинах и рессорах используютс€ толь ко упругие свойства стали. ¬озникновение пластической деформа≠ции в них недопустимо, поэтому высоких требований к пластичнос≠ти и в€зкости не предъ€вл€етс€. ќсновное требование к пружинной стали Ч высокий предел упругости σy(см. раздел 1.2). ’орошие упругие свойства стали достигаютс€ при повышенном содержании углерода (0,5Е0,7 %) и применении термообработки, состо€щей из закалки и среднего отпуска при температуре 350Е450 ∞—. ѕосле та≠кой термообработки сталь имеет троститную структуру.

”глеродистые пружинные стали (65, 70, 75) вследствие низкой прокаливаемости используютс€ дл€ пружин небольшого сечени€. ќни могут работать при температуре до 100 ∞—. —тали, легированные кремнием и марганцем (60—2, 60—√ и др.) предназначены дл€ больших по размеру упругих элементов и обеспечивают их длительную и надежную работу. ƒл€ ответственных пружин примен€ют высокока≠чественные стали легированные хромом и ванадием (50’‘ј. 50’√‘ј). Ёти стали могут работать при температуре до 300 ∞—. »з них изготавливают, например, рессоры легковых автомобилей.

^ »зносостойкие стали способны сопротивл€тьс€ процессу изна≠шивани€. »знашивание Ч это процесс постепенного разрушени€ поверхностных слоев трущихс€ деталей, который приводит к умень≠шению их размеров (износу). »зносостойкие стали можно разделить на три группы.

¬ первую группу вход€т стали, износостойкость которых дости≠гаетс€ высокой твердостью поверхности. ќни подвергаютс€ закалке и низкому отпуску или химико-термической обработке.

»меют структуру мартенсита или мартенсита с карбидными включени€ми.   этой группе относ€тс€ подшипниковые стали, из которых изготавливают≠с€ шарики и ролики подшипников качени€. ќни маркируютс€ бук≠вами Ў’ и цифрой показывающей содержание хрома в дес€тых дол€х процента, содержат также марганец и кремний (Ў’4, Ў’15, Ў’15—√, Ў’20—√). —одержание углерода в них около 1 %.

 о второй группе относ€тс€ стали, износостойкость которых достигаетс€ смазывающим действием графита. Ёти стали имеют в структуре графитные включени€, которые в процессе изнашивани€ выход€т на поверхность и выполн€ют роль сухой смазки. Ёти стали имеют высокое содержание углерода (~1, %) и кремни€ (~1 %), что повышает способность к графитизации. Ёти стали подвергаютс€ графитизирующему отжигу, который аналогичен отжигу ковкого чугуна (см. раздел «.«.).

“ретью группу составл€ют стали износостойкость, которых дос≠тигаетс€ повышенной склонностью к наклепу. Ёто, прежде всего, сталь 110√13. ќна имеет невысокую твердость, котора€ при дей≠ствии давлени€ и ударов резко повышаетс€, за счет чего и достигает≠с€ износостойкость. Ёта сталь подвергаетс€ закалке от 1100 ∞— в воде, после чего получает аустенитную структуру. ѕлохо обрабаты≠ваетс€ резанием, поэтому примен€етс€ в литом состо€нии.
^ 5.2. —тали со специальными свойствами
 оррозионностойкие (нержавеющие) стали.  оррозией называетс€ разрушение металла под действием внешней агрессивной среды в результате ее химического или электрохимического воздействи€. –аз≠личают химическую коррозию, обусловленную воздействием на металл сухих газов и неэлектролитов (например, нефтепродуктов) и электро≠химическую, возникающую под действием жидких электролитов или влажного воздуха. ѕо характеру коррозионного разрушени€ различают сплошную и местную коррозию. —плошна€ коррози€ захватывает всю поверхность металла. ≈е дел€т на равномерную и неравномерную в зависимости от того, одинакова€ ли глубина коррозионного разруше≠ни€ на разных участках. ѕри местной коррозии поражени€ локальны. ¬ зависимости от степени локализации различают п€тнистую, €звен≠ную, точечную, межкристаллитную и др. виды местной коррозии.

—амый надежный способ защиты от коррозии Ч применение коррозионностойких сталей.  оррозионна€ стойкость достигаетс€ при введении в сталь элементов, образующих на ее поверхности тонкие и прочные оксидные пленки. Ќаилучший из этих элементов Ч хром. ѕри введении в сталь 12Е14 % хрома она становитс€ устойчивой про≠тив коррозии в атмосфере, воде, р€де кислот, щелочей и солей. —та≠ли, содержащие меньшее количество хрома, подвержены коррозии точно так же, как и углеродистые стали. ¬ технике примен€ют хроми≠стые и хромоникелевые  оррозионностойкие стали.

’ромистые  оррозионностойкие стали могут содержать 13, 17 или 25Е27 % хрома. —тали марок 08X13, 12X13, 20X13 подвергают≠с€ закалке от 1000 ∞— и отпуску при 600Е700 ∞—. »х примен€ют дл€ изготовлени€ деталей с повышенной пластичностью, работающих в слабоагрессивных средах. —тали 30X13, 40X13 подвергаютс€ закал≠ке и отпуску при 200Е300∞—. »з них изготавливают режущий, мери≠тельный и хирургическим инструмент.

—тали 12X17, 15X28 имеют более высокую коррозионную стой≠кость. ѕодвергаютс€ отжигу при температуре 700Е780 ∞—.»спользуютс€ дл€ оборудовани€ заводов легкой и пищевой промышленности, труб, работающих в агрессивных средах, дл€ кухонной посуды.

’ромоникелевые стали обычно содержат 18 % хрома и 9Е12 % никел€ (04’18Ќ10, 12’18Ќ10“, 12’18Ќ12“ и др.). ќни имеют более высокую коррозионную стойкость по сравнению с хромистыми стал€ми, лучшие механические свойства, хорошо свариваютс€. Ёти стали имеют аустенитную структуру. »х термообработка состоит из закалки от температуры 1100Е1150 ∞— в воде без отпуска.

’ромоникелевые стали склонны к межкристаллитной коррозии. ќна быстро распростран€етс€ по границам зерен без заметных вне≠шних признаков. Ёто происходит вследствие образовани€ карбидов хрома по границам зерен, что приводит к уменьшению содержани€ хрома в поверхностном слое зерна: „тобы карбиды хрома не обра≠зовывались, надо либо использовать стали с пониженным содержа≠нием углерода (до 0,04 %), либо дополнительно легировать сталь ти≠таном, св€зывающим углерод в карбид титана.

»спользуютс€ хромоникелевые стали в пищевой и химической промышленности, в холодильной технике. ѕоскольку никель доро≠госто€щий элемент, иногда его частично замен€ют марганцем и ис≠пользуют сталь-10’14ѕ4Ќ4“.

^ 5.3. »нструментальные стали и сплавы
ѕо назначению инструментальные стали дел€тс€ на стали дл€ ре≠жущего, измерительного и штампового инструмента.  роме сталей, дл€ изготовлени€ режущего инструмента примен€ютс€ металлокерамические твердые сплавы и минералокерамические материалы. –ежу≠щий инструмент работает в сложных услови€х, подвержен интенсив≠ному износу, при работе часто разогреваетс€. ѕоэтому материал дл€ изготовлени€ режущего инструмента должен обладать высокой твер≠достью, износостойкостью и теплостойкостью. “еплостойкость Ч это способность сохран€ть высокую твердость и режущие свойства при длительном нагреве.

”глеродистые инструментальные стали содержат 0,7Е1,3 % уг≠лерода. ќни маркируютс€ буквой ” и цифрой, показывающих со≠держание углерода в дес€тых дол€х процента (”7, ”8, ”9,..., ”13). Ѕуква ј в конце марки показывает, что сталь высококачественна€ (”7ј, ”8ј,..., ”13ј). ѕредварительна€ термообработка этих сталей Ч отжиг на зернистый перлит, окончательна€ Ч закалка в воде или растворе соли и низкий отпуск. ѕосле этого структура стали представл€ет со≠бой мартенсит с включени€ми зернистого цементита. “вердость ле≠жит в интервале HRC 56Е64.

ƒл€ углеродистых инструментальных сталей характерны низка€ теплостойкость (до 200 ∞—) и низка€ прокаливаемость (до 10Е12 мм). ќднако в€зка€ незакаленна€ сердцевина повышает устойчивость инструмента против поломок при вибраци€х и ударах.

 роме того, эти стали достаточно дешевы и в незакаленном состо€нии сами хо≠рошо обрабатываютс€.

—тали ”7Е”9 примен€ютс€ дн€ изготовлени€ инструмента, ис≠пытывающего ударные нагрузки (зубила, молотки, топоры). —тали ” 10Е” 13 идут на изготовление инструмента, обладающего высокой твердостью (напильники, хирургический инструмент). —тали ”8Е”12 примен€ютс€ также дл€ измерительного инструмента.

Ќизколегированные инструментальные стали содержат в сум≠ме около 1Е3 % легирующих элементов. ќни обладают повышенной по сравнению с углеродистыми стал€ми прокаливаемостью, но теп≠лостойкость их невелика Ч до 400 ∞—. ќсновные легирующие эле≠менты Ч хром, кремний, вольфрам, ванадий.

ћаркируютс€ эти ста≠ли так же, как конструкционные, но содержание углерода даетс€ в дес€тых дол€х процента. ≈сли перва€ цифра в марке отсутствует, то содержание углерода превышает 1 %. Ќапример 9’—, ’¬√, ’¬5.

“ермообработка низколегированных инструментальных сталей Ч закалка в масле и отпуск при температуре 150Е200 ∞—. ѕри этом обычно достигаетс€ сквозна€ прокаливаемость. “вердость после термообра≠ботки составл€ет HRC 62Е64.

Ѕлагодар€ большей прокаливаемости и закалке в масле низко≠легированные стали используютс€ дл€ изготовлени€ инструмента боль≠шой длины и крупного сечени€ (например, сверл диаметром до 60 мм). ѕримен€ютс€ дл€ ручного инструмента по металлу и измерительного инструмента.

Ѕыстрорежущие стали, предназначены дл€ работы при высоких скорост€х резани€. √лавное их достоинство Ч высока€ теплостой≠кость (до 650 ∞—). Ёто достигаетс€ за счет большого количества ле≠гирующих элементов Ч вольфрама, хрома, молибдена, ванади€, кобальта. ћаркируютс€ быстрорежущие стали буквой –, число после которой показывает среднее содержание вольфрама в %. ƒалее идут обозначени€ и содержание других легирующих элементов. —одержа≠ние углерода во всех быстрорежущих стал€х приблизительно 1 %, а хрома 4 %. ѕоэтому эти элементы в марке не указываютс€. Ќапри≠мер, –18, –9, –6ћ5, –6ћ5‘2 8.

“ермообработка быстрорежущих сталей заключаетс€ закалке от высоких температур (1200Е1300 ∞—) и трехкратном отпуске при 550Е570 ∞—. “рехкратный отпуск примен€етс€ дл€ того, чтобы избавитьс€ от остаточного аустенита, который присутствует после закалки в ко≠личестве приблизительно 30% и снижает режущие свойства. ѕосле термообработки сталь имеет мартенситную структуру с карбидными включени€ми. “вердость после термообработки составл€ет HRC 64Е65.

Ѕыстрорежущие стали примен€ютс€ дл€ инструмента, использу≠емого дл€ обработки металла на металлорежущих станках (резцы, фрезы, сверла). ƒл€ экономии дорогих быстрорежущих сталей ре≠жущий инструмент часто изготавливаетс€ сборным или сварным. –абочую часть из быстрорежущей стали приваривают к основной части инструмента из конструкционной стали.

ћеталлокерамические твердые сплавы представл€ют собой спеченные порошковые материалы, основой которых служат карби≠ды тугоплавких металлов, а св€зующим Ч кобальт. »х теплостой≠кость доходит до 900Е1000 ∞—, а твердость Ќ ј 80Е97.

“вердые сплавы дел€тс€ на три группы. ¬ольфрамовые изготов≠л€ютс€ на основе карбида вольфрама и кобальта. ћаркируютс€ бук≠вами ¬  и цифрой показывающей содержание кобальта в % (¬ 2, ¬ 6, ¬ 10). “итановолъфрамовые твердые сплавы содержат допол≠нительно карбид титана. ќни маркируютс€ буквами “,   и цифрами. ѕосле буквы “ указываетс€ содержание карбида титана в %, а после буквы   Ч кобальта (“15 10, “15 6). “итанотанталовольфрамовые содержат дополнительно карбид титана. ћаркируютс€ буквами ““, после которых указываетс€ суммарное содержание карбидов титана и тантала в % и буквой  , после которой указываетс€ содер≠жание кобальта (““7 12, ““10 8).

“вердые сплавы изготавливаютс€ в виде пластин которые при≠паиваютс€ к державке из углеродистой стали. ѕримен€ют твердые сплавы дл€ резцов, сверл, фрез и другого инструмента. √лавный не≠достаток твердых сплавов Ч высока€ хрупкость.





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-05-06; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 2291 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ќачинайте делать все, что вы можете сделать Ц и даже то, о чем можете хот€ бы мечтать. ¬ смелости гений, сила и маги€. © »оганн ¬ольфганг √ете
==> читать все изречени€...

2047 - | 1867 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.043 с.