Конструкционные материалы. Легированные стали.
Конструкционные стали.
К конструкционным сталям, применяемым для изготовления разнообразных деталей машин, предъявляют следующие требования:
· сочетание высокой прочности и достаточной вязкости
· хорошие технологические свойства
· экономичность
· недефицитность
Высокая конструкционная прочность стали, достигается путем рационального выбора химического состава, режимов термической обработки, методов поверхностного упрочнения, улучшением металлургического качества.
Решающая роль в составе конструкционных сталей отводится углероду. Он увеличивает прочность стали, но снижает пластичность и вязкость, повышает порог хладноломкости. Поэтому его содержание регламентировано и редко превышает 0,6 %.
Влияние на конструкционную прочность оказывают легирующие элементы. Повышение конструкционной прочности при легировании связано с обеспечением высокой прокаливаемости, уменьшением критической скорости закалки, измельчением зерна.
Применение упрочняющей термической обработки улучшает комплекс механических свойств.
Металлургическое качество влияет на конструкционную прочность. Чистая сталь при одних и тех же прочностных свойствах имеет повышенные характеристики надежности.
Легированные стали
Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами, а стали – легированными.
|
|
|
Cодержание легируюших элементов может изменяться в очень широких пределах: хром или никель – 1% и более процентов; ванадий, молибден, титан, ниобий – 0,1… 0,5%; также кремний и марганец – более 1 %. При содержании легирующих элементов до 0,1 % – микролегирование.
В конструкционных сталях легирование осуществляется с целью улучшения механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того меняются физические, химические, эксплуатационные свойства.
Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование должно быть строго обоснованно.
Достоинства легированных сталей:
· особенности обнаруживаются в термически обработанном состоянии, поэтому изготовляются детали, подвергаемые термической обработке;
· улучшенные легированные стали обнаруживают более высокие показатели сопротивления пластическим деформациям ( 
);
· легирующие элементы стабилизируют аустенит, поэтому прокаливаемость легированных сталей выше;
· возможно использование более «мягких» охладителей (снижается брак по закалочным трещинам и короблению), так как тормозится распад аустенита;
· повышаются запас вязкости и сопротивление хладоломкости, что приводит к повышению надежности деталей машин.
|
|
|
Недостатки:
· подвержены обратимой отпускной хрупкости II рода;
· в высоколегированных сталях после закалки остается аустенит остаточный, который снижает твердость и сопротивляемость усталости, поэтому требуется дополнительная обработка;
· склонны к дендритной ликвации, так как скорость диффузии легирующих элементов в железе мала. Дендриты обедняются, а границы – междендритный материал – обогащаются легирующим элементом. Образуется строчечная структура после ковки и прокатки, неоднородность свойств вдоль и поперек деформирования, поэтому необходим диффузионный отжиг.
· склонны к образованию флокенов.
Флокены – светлые пятна в изломе в поперечном сечении – мелкие трещины с различной ориентацией. Причина их появления – выделение водорода, растворенного в стали.
При быстром охлаждении от 200o водород остается в стали, выделяясь из твердого раствора, вызывает большое внутреннее давление, приводящее к образованию флокенов.
Меры борьбы: уменьшение содержания водорода при выплавке и снижение скорости охлаждения в интервале флокенообразования.
Классификация 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.
Классификация связана с кинетикой распада аустенита. Диаграммы изотермического распада аустенита для сталей различных классов представлены на рис. 13.1
Рис.13.1 Диаграммы изотермического распада аустенита для сталей перлитного (а), мартенситного (б) и аустенитного (в) классов
По мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в перлитной области возрастает, а температурная область мартенситного превращения снижается.
Для сталей перлитного класса кривая скорости охлаждения на воздухе пересекает область перлитного распада (рис. 13.1.а), поэтому образуются структуры перлита, сорбита или троостита.
Для сталей мартенситного класса область перлитного распада сдвинута вправо (рис.13.1 б). Охлаждение на воздухе не приводит к превращению в перлитной области. Аустенит переохлаждается до температуры мартенситного превращения и происходит образование мартенсита.
|
|
|
Для сталей аустенитного класса увеличение содержания углерода и легирующих элементов сдвигает вправо область перлитного распада, а также снижает мартенситную точку, переводя ее в область отрицательных температур (рис. 13.1.в). Сталь охлаждается на воздухе до комнатной температуры, сохраняя аустенитное состояние.
2. По степени легирования (по содержанию легирующих элементов):
· низколегированные – 2,5…5 %;
· среднелегированные – до 10 %;
· высоколегированные – более 10%.
3. По числу легирующих элементов:
· трехкомпонентные (железо, углерод, легирующий элемент);
· четырехкомпонентные (железо, углерод, два легирующих элемента) и так далее.
4. По составу:
никелевые, хромистые, 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 –нержавеющие, жаропрочные и термоустойчивые, износоустойчивые, с особыми магнитными и электрическими свойствами).
·
Лекция 14
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 153; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!