Конструкционные материалы. Предназначены для изготовления деталей машин, приборов, инженерных конструкций, подвергающихся механическим нагрузкам. Конструкционная прочность комплексная хар-ка, включающая сочетание критериев прочности, жесткости, надежности и долговечности. Критерии прочности материала:
1) Прочностные хар-ки: временное сопротивление (о;), предел текучести С о"02) 5 предел выносливости
2) Упругие хар-ки: модули упругости Е и G
Надежность свойство изделий, выполнять заданные функции, сохраняя
эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого времени или
сопротивление материала хрупкому разрушению.
Долговечность способность детали сохранять работоспособность до определенного
состояния.
Характеристики надежности и долговечности:
1) Пластичность 5, \|/, ударная вязкость KCU, KCV, вязкость разрушения, порог
хладноломкости,
2) Циклическая долговечность, скорость изнашивания, ползучести, коррозии.
Способы повышения прочности:
Металлургические, технологические, конструкционные.
Металлургические - повышение чистоты Me, удаление вредных примесей (S, Р,
газообр. эл-тов - О, Н, N, оксидов, сульфидов) - переплав, рафинирование и др.
Методы упрочнения: легирование, пластическая деформация, термическая,
термомеханическая и химико-термическая обработка.
Легирование - карбидообр. эл-ты (Ni, V, Mo, Сг) образуют карбиды при выплавке,
задерживают рост зерна при нагреве под закалку в аустените, влияют на мартенсит при
высоком отпуске: 1) Задерживают выделение цементита, 2) затрудняют распад
мартенсита. Некарбидообр. эл-ты (Si, Ni, Mn, Al, Си) замедляют диффузию.
Все лег. эл-ты в феррите обазуют твердорастворное упрочнение по типу замещения,
атомы внедрения (С, О, Н, N) скапливаются на дислокациях и блокируют их.
Закалка+старение - дисп. частицы вторичной фазы создают сильное торможение
дислокаций. Дислокации, перемещаясь в пл-ти скольжения, должны перерезать либо
огибать частицы.
Поверхностное упрочнение - осн метод повышения тв-ти слоя и препятствующий
зарождению пов трещин. (ППД, цементация, нитроцемент, азотир, закалка ТВЧ).
Конструкторские методы предусматривают обеспечение равнопрочности высоконапряженных деталей. При их проектировании избегают резких перепадов жесткости, глубоких канавок и других конструктивных надрезов.
Билет4
Диаграмма состояния двойных сплавов с ограниченной переменной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Термическая обработка сплавов этой диаграммы: отжиг, закалка, старение.
Предельная концентрация компонента А в фазе определяется линией FQ, и эта
концентрация не изменяется. Максимальное содержание компонента В в -фазе
определяется точкой Е и при охлаждении снижается до точки Р. Из всех сплавов выделяют сплав III, который называется эвтектическим (наиболее легкоплавкий). Он кристаллизуется с выделением одновременно двух твердых фаз определенной концентрации: твердого раствора состава точки Е и твердого раствора
состава точки F. В результате образуется смесь двух фаз, которую называют
эвтектикой.
Термическая обработка - технологические процессы, состоящие из нагрева и
охлаждения металлических изделий и целью изменения их структуры и свойств.
Отжиг - термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают
структуру, близкую к равновесной.
Закалка - термическая обработка, в результате которой в сплавах образуется
неравновесная структура.
Отпуск и старение - термические обработки, в результате которых в предварительно
закаленных сплавах происходят фазовые превращения, приближающие их структуру к
равновесной.
Легированные низкоуглеродистые и среднеуглеродистые конструкционные стали. Влияние легирующих элементов на механические свойства сталей, маркировка, упрочняющая обработка, применение.
Легирующие элементы вводят с целью повышения конструкционной прочности сталей. Первостепенное назначение легирования - обеспечение необходимой прокаливаемости. Прокаливаемость стали определяется ее химическим составом. Все легирующие элементы, кроме кобальта, повышают устойчивость переохлажденного аустенита, снижают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость. Для легирования обычно используют Mo, Mn, Cr, Si, Ni, V и микродобавки. Влияние л.э. на механические свойства стали зависит от ее структурного состояния, которое определяется термической обработкой.
1. После закалки на мартенсит и низкого отпуска свойства легированной стали определяются концентрацией углерода в мартенсите.
2. После закалки и высокого отпуска (улучшения) структура стали представляет собой сорбит - ферритно-карбидную смесь с зернистой формой карбидной фазы. Высокие механические свойства сорбита обусловлены влиянием л.э. на прочность феррита, а так же дисперсность и количество карбидной фазы.
Низкоуглеродистые легированные стали (0Л-0,3%С) используют в состоянии
наибольшего упрочнения, т.е. после закалки и низкого отпуска со структурой
низкоуглеродистого мартенсита или бейнита. Повышенные прочностные свойства
сочетаются у них с хорошей пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к
надрезам и высоким сопротивлением развитию вязкой трещины.
Хромистые стали 15Х, 20Х образуют группу дешевых сталей нормальной прочности.
Закаливают в масле на структуру троостита или бейнита.
Среднеуглеродистые легированные стали (0,3-0,5%С) приобретают высокие
механические свойства после термического улучшения - закалки и высокого отпуска
(500-650°С) на структуру сорбита. Улучшение этих сталей обеспечивает повышенный
предел текучести и сочетании с хорошей пластичностью и вязкостью, высоким
сопротивлением развитию трещины.
Хромистые стали 40Х, 45Х, 50Х относятся к дешевым конструкционным материалам. С
увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижается пластичность и
вязкость, повышается порог хладноломкости.
Хромникельмарганцеве стали ЗОХГСА, 35ХГСА содержат по 1% Cr, Мп и Si и
называются хромансилями. Это достаточно технологичные стали, нашли широкое
применение в автомобилестроении.
Хромоникелевые стали 40ХН, 45ХН, 50ХН обеспечивают высокий комплекс
механических свойств в деталях сечением 40-50 мм. Из-за присутствия никеля эти
стали, в отличие от хромистых, имеют более высокий температурный запас вязкости и
меньшую склонность к хрупкому разрушению.
Хромникельмолибденовые стали 40ХН2МА, 38ХНЗМА, 38ХНЗМФА, 18Х2Н4МА
относятся к глубокопрокаливаемым сталям. Относятся к мартенситному классу,
закаливаются на воздухе, мало склонны к хрупкому разрушению, применяются при
температурах до 300-400°С. Недостатки: высокая стоимость, плохо обрабатываются.
Билет5
