СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛЕЙ
Д. Э. Касымалиев, Е. Е. Сидоров, В. А. Попов
Научный руководитель – Н. Д. Баранова, преподаватель дисциплин профессионального цикла
ГБПОУ РХ «Техникум коммунального хозяйства и сервиса», г. Абакан
Веществам с металлической связью присущи металлические кристаллические решетки. Некоторые металлы кристаллизуются в двух или более кристаллических формах. Это свойство веществ называют полиморфизмом. Полиморфные превращения – это изменения в зоне сварочного нагрева с образованием участков разного фазового состава. Явление полиморфизма (аллотропии) связано с изменением свободной энергии кристаллической решетки в зависимости от температуры. Превращение одной аллотропической формы в другую сопровождается поглощением теплоты при нагреве и выделении ее при охлаждении.
Железо имеет четыре кристаллические модификации, каждая из которых устойчива в определенных температурных интервалах:
α – устойчива до 7680С, ферромагнитная;
β – устойчива от 7680С до 9110С, неферромагнитная, то есть парамагнитная;
γ – устойчива от 9110С до 13920С, неферромагнитная, то есть парамагнитная;
δ – устойчива от 13920С до 15390С (температура плавления железа), неферромагнитная.
Удельный объем железа при превращении γ – α возрастает на 1%, соответственно структурные напряжения, вызванные возрастанием удельного объема, могут быть существенными. Каждый вид кристаллической решетки определяет физические и механические свойства. Сплавы железа с углеродом при различных температурах и различном содержании «С» имеют различную структуру, а соответственно механические свойства. Существуют следующие составляющие структуры сталей в соответствии с диаграммой состояния системы Fe-C: аустенит, феррит, мартенсит, перлит.
|
|
|
Существуют три основные группы сталей: доэвтектоидные – содержание углерода около 0,8 %, структура – перлит; эвтектоидные – содержание углерода до 0,8%, структура – феррит и перлит; заэвтектоидные – содержание углерода до 0,8%, структура – феррит и перлит.
Углеродистые стали имеют перлитную и ферритную структуру, легированные – мартенситную, матренситно-ферритную, ферритную, аустенитную, аустенитно-ферритную, аустенитно-мартенситную структуры.
Перлитная структура представляется смесью феррита и карбидов. Перлит – продукт распада аустенита при медленном охлаждении сплавов ниже 723 С. В зависимости от формы различают пластинчатый (цементит в виде пластинок) и зернистый (цементит в виде зернышек) перлит. Стали относятся к 1 классу. К ферритному классу сталей относятся стали, легированные с помощью феррито‐образующих элементов (Cr, Si, Al, Mo, V, Ti, W, Nb, Zr) так, чтобы область существования γ‐Fe была полностью исключена. При температуре 911÷769 С ферритные стали парамагнитны; от 769 С до абсолютного нуля – ферромагнитны. Хромистые ферритные стали превосходят по коррозионной стойкости аустенитные стали. Марки сталей – 08Х13, 08Х18Т1. Аустенитные стали – высоколегированные, образующие при кристаллизации однофазную аустенитную структуру γ ‐Fe c ГЦК решеткой. Аустенито‐ образующими элементами являются Ni, Mn и др. В аустенитных сталях хром обеспечивает жаростойкость и коррозионную стойкость, никель стабилизирует структуру и повышает жаропрочность, пластичность при высоких и низких температурах. Мартенситные стали имеют микроструктуру игольчатого вида. Мартенсит является основной структурной составляющей закаленной стали и представляет перенасыщенный раствор углерода в α‐железе с объемно‐центрированной тетрагональной кристаллической (ОЦТ) решеткой. Мартенситные стали обладают хорошей коррозионной стойкостью. Марки сталей – 20Х13, 10Х12НДЛ.
|
|
|
Структура сталей определяет ее механические свойства. Исследуем график определения механических свойств сталей разной структуры на примере перлитной низкоуглеродистой доэвтектоидной стали. К основным механическим свойствам по графику относятся: твердость стали по Бринеллю − НВ 130 МПа;временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении) – σв 400 МПа; относительное удлинение после разрыва – δ5 25%. Если сравнить полученные данные с ГОСТ, то результаты совпадают.
|
|
|
Исследуем аустенитную высоколегированную сталь 08Х18Н10Т, содержание углерода которой составляет 0,08%. В соответствии с графиком твердость по Бринеллю НВ 180 Мпа, временное сопротивление разрыву составляет 490 Мпа, относительное удлинение после разрыва примерно равно 40%.
Исследуемые механические свойства сталей определяют область применения сталей разной структуры. Перлитные низкоуглеродистые стали 1 класса имеют широкое применение в машиностроении, строительных конструкциях, перлитные низколегированные жаропрочные стали применяют для изготовления инструментов. Ферритные стали хорошо себя показывают при работе в агрессивных средах благодаря наличию в их составе хрома и никеля. Из мартенситных сталей изготавливают сосуды под давлением до 16МПа из-за высокой прочности и коррозионной стойкости. Аустенитные стали незаменимы при изготовлении оборудования, работающего при высоких температурах.
Библиографический список
1. Габриелян О. С., Остроумов И. Г. Химия для профессий и специальностей технического профиля. М.: «Академия», 2013.
2. Чернышов Г. Г. Технология электрической сварки плавлением. М.: «Академия», 2010.
© Касымалиев Д. Э., Сидоров Е. Е., Попов В.А., 2018
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 257; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!