Превращения в стали при равновесном нагреве и охлаждении.

ПОЛИМОРФНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах или, как их называют, в разных поли­морфных модификациях. В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющие решетку одного тина, перестраиваются таким образом, что образуется кристаллическая решетка другого типа

Переход чистого металла из одной полиморфной модификации в дру­гую в условиях равновесия протекает при постоянной температуре (крити­ческая точка) и сопровождается выделением теплоты, если превращение идет при охлаждении, или поглощением теплоты - в случае нагрева. Как и при кристаллизации из жидкой фазы, для того чтобы полиморф­ное превращение протекало, нужно некоторое переохлаждение (или перена­грев) относительно равновесной температуры, для возникновения разности свободных энергий между исходной и" образующейся новой модификация­ми. В твердом металле в отличие от жидкого возможно достижение очень больших степеней переохлаждения. Полиморфное превращение по своему механизму — кристаллизационный процесс осуществляется путем образо­вания зародышей и последующего их роста.При полиморфном превращении кристаллы (зерна) новой полиморфной формы растут в результате неупорядоченных, взаимно не связанных пере­ходов атомов через границу'фаз. Отрываясь от решетки исходной фазы (например, (S), атомы по одиночке или группами присоединяются к решет­ке новой фазы (а), и, как следствие этого, граница зерна а. передвигается в сторону зерна (3, «поедая» исходную фазу. Зародыши новой модифика­ции наиболее часто возникают на границах зерна исходных кристаллитов или в зонах с повышенным уровнем свободной энергии. Вновь образую­щиеся кристаллы закономерно ориентированы по отношению к кристал­лам исходной модификации.

В результате полиморфного превращения образуются новые кристал­лические зерна, имеющие другой размер и форму, поэтому такое превра­щение также называют перекристаллизацией. Полиморфные превращения происходят не только в чистых металлах, но и в сплавах. Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным изменением всех свойств металлов или сплавов: удельного объема, теплоемкости, теплопроводно­сти, электропроводности, магнитных свойств, механических й химических свойств и т. д.

8.Методы исследования строения и свойств сплавов. Успешное развитие машиностроения и связанных с ним отраслей промыш­ленности обязано тому, что в процессе производства конструкционных материа­лов и различных изделий из них широко используются различные методы иссле­дования строения и свойств металлических сплавов и других материалов.Развитие этих методов обусловлено необходимостью получать сведения об эксплуатационной надежности используемых материалов, о причинах поломок и аварий, об остаточном ресурсе вязкостно-прочностных свойств у материала изделия в процессе эксплуатации, а также о путях совершенство­вания строения и свойств конструкционных материалов.К настоящему времени сложилось много различных методов исследова­ния металлов. Все их можно разделить на теоретические и экспериментальные.К теоретическим, относится анализ соответствующих диа­грамм состояний с целью получения сведений о строении и свойствах инте­ресующих нас сплавов не только в равновесном состоянии, но и после их термообработки.Большинство методов исследования являются экспериментальными, ос­нованными на анализе результатов наблюдения строения металла или ре­зультатов его испытания, проводимого по какой-то методике.

Первым возник метод макроскопического исследования путем наблюдения исследуемого изделия простым глазом или с помощью лупы.Этим методом при наличии опыта и соответствующих навыков можно определить качество металла по внешнему виду изделия, оце­нивая состояние его поверхности, наличие явных дефектных мест и других характерных признаков.Наблюдая отполированные и протравленные по специальной методике, можно обнаружить в металле различные внутренние дефекты: поры, раковины, неметаллические включения и особенно включения вред­ных примесей, а также оценить характер строения.Визуально оценивается также качество металла по виду излома специ­ального образца, например разрушенного образца при испытании на удар­ный изгиб, или подобного ему образца, раскрывающего особенности строения и металлургического качества металла в сечении изделия. Такое иссле­дование называется фрактографическим. При фрактографическом исследовании по виду излома судят о вязкости или хрупкости металла. Матово-волокнистый излом свидетельствует о вязкости, а блестяще-кристаллический — о хрупкости.В изломе могут оказаться мелкие или крупные расслоения металла (так называемые шиферность и слоистость), свидетельствующие о его плохом металлургическом качестве и низкой прочности.Оптические микроскопы дают возможность различать в строении ме­талла структурные элементы размером не менее 0,2 мкм (200 нм). Их полез­ное увеличение составляет до 1500—2000 раз. Существуют две разновидно­сти электронных микроскопов: просвечивающие (ПЭМ) и растровые (РЭМ).Особенности атомно-кристаллического строения изучаются с помощью рентгеноструктурного анализа. Этот вид анализа основан на дифракции рентгеновских лучей рядами атомов в кристаллической решетке.Особенности распределения примесей и компонентов в сплавах (в том числе легирующих элементов в зернах стали) позволяет обнаружить рентгеноспек-тральный микроанализ (РСМА). РСМА основан на определении химического со­става микрообластей на специально приготовленном микрошлифе. Разрешающая способность — порядка нескольких микрометров. Этим методом можно успеш­но изучать ликвационные процессы в сплавах, особенно дендритную ликвацию.

При физических методах исследования металл подвергается тепловому, электрическому или магнитному воздействию, по результатам которого судят об особенностях его строения и свойств. В основе этих методов лежит давно извест­ное положение о зависимости физических свойств металла от изменений в его строении при различных воздействиях, в том числе механических и термических. Самыми распространенными являются ме­тоды испытания механических свойств и натурные испытания деталей или готовых изделий при нагружении в эксплуатационных условиях на специально создаваемых стендах (стендовые испытания).

9.ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СПЛАВАХ. Создание металлических сплавов является первым и наиболее ответственным этапом, во время которого в конструкционный материал должны быть заложены важнейшие предпосылки для формирования оптимальной дислокационной структуры и хорошего металлургического качества на всех последующих этапах. Сплавы сложные вещества, получаемые сплавлением или спеканием двух или нескольких простых веществ, называемых компонентами. Сплав считается металлическим, если его основу составляют металлические компоненты. Металлические сплавы обладают более высокими прочностными и другими механическими свойствами по сравнению с чистыми металлами. По этой причине они получили широкое применение в качестве конструкционных материалов. В зависимости от природы сплавляемых компонентов они, взаимодей­ствуя друг с другом, могут образовать различные по строению и свойствам продукты. Характер взаимодействия компонентов при сплавлении зависит от их положения в таблице Д. И. Менделеева, особенностей строения электрон­ных оболочек их атомов, типов и параметров их кристаллических решеток, соот­ношения температур их плавления, их атомных диаметров и других факторов. В зависимости от преобладания тех или иных перечисленных факторов компоненты при сплавлении могут образовывать: смеси своих зерен с пре­небрежимо ничтожной взаимной растворимостью; неограниченно или час­тично растворяться друг в друге; образовывать химические соединения. Смеси состоят из практически чистых зерен обоих компонентов, сохра­няющих присущие им типы кристаллических решеток и прочностные свой­ства. При растворении компонентов друг в друге образуются твердые растворы. Получающийся при этом продукт представляет собой зерна, кристалли­ческая решетка которых построена из атомов обоих компонентов. Если атомы растворимого компонента замещают в узлах решетки атомы компонента-растворителя, то образующийся раствор называется твердым раствором замещения. Такие растворы образуют компоненты с аналогичными типами кристаллических решеток при небольшой разнице их параметров. Если растворимый компонент имеет очень малый атомный диаметр, то образуется твердый раствор внедрения. В этом случае энергоза­траты на образование раствора оказываются меньшими, так как атомы рас­творимого компонента (например, углерода в железе) размещаются в меж­доузлии ячейки кристаллической решетки растворителя, не вытесняя атомов растворителя из узлов решетки. При ограниченной растворимости компонентов за пределами их раство­римости образуются или смеси зерен ограниченных твердых растворов обо­их компонентов друг в друге, или смеси зерен ограниченного раствора и химического соединения ком­понентов.

В твердых растворах замещения преобладающей связью между атомами является металлическая. В растворах внедрения вместе с металлической мо­жет возникать и ковалентная связь. Образующиеся при сплавлении двух компонентов химические соедине­ния имеют строго определенный состав. Они представляют собой зерна со специфической кристаллической решеткой, отличной от решеток обоих ком­понентов. Ячейки решеток химических соединений имеют сложное строе­ние. Связь между атомами в них сильнее и жестче металлической. Поэтому они являются очень твердыми и хрупкими веществами. Существует несколь­ко видов химических соединений, отличающихся спецификой строения и свойств. Все существующие металлические сплавы можно разделить на четыре основных вида (рода): 1) смесь зерен компонентов; 2) неограниченные твердые растворы; 3) с ограниченной растворимостью компонентов; 4) с устойчивым химическим соединением.

10.Для изготовления деталей чистые металлы не применяются т.к. имеют низкую прочность, а сплавы обладают более выс.мех.св-ми. Сплавы состоят из 2 и более компонентов. Сплав состоящий из 2 компонентов называется двойным.

Сплавы можно получить многими способами, но на сегодняшний день широко используется металлургией, способ, когда компоненты расплавляют до жидкого состояния и затем подвергают кристаллизации. В зависимости от хим.состава соединение компонента их природного происхождения в результате кристаллизации могут образовывать механические смеси т.е. когда каждый компонент в процессе кристаллизации строит свою крист.решетку и не впускает ни один постор.атом.

2. твердые растворы –это когда кристаллические решетки одного компонента внедряются и размещаются в атомы второго компонента.

3. хим соединения –это когда обр.совершенно новая кристаллическая решетка сплав резко отличается по своим свойствам от своих компонентов, но обязательное условие должны соединяться между собой m молекула вещества А, с n молекулой вещества В.

Для характеристики изменения строения сплава в зависимости от t º и хим.состава строят диаграммы состояния. К диаграмме будут иметь разные фазы.

Фаза- это однородная часть системы отделенная от других фаз поверхностного раздела, при переходе через которую, хим. Состав или структура, изменяются скачкообразно. Двойные или бинарные сплавы образуются по одному из 4 типов отличающихся по степени растворимости компонентов друг в друге и фазовом составе.

Тип.

T н.к – у всех сплавов различная

Т к.к.- у всех одинаковая.

Свинец, сурьма, цинк, олово и др.

2 –тип. – компоненты неогр. раств. др. в др.

ТВ.раствор→крист.реш А←атом В

ß – крист.реш В←атом в-ва А.

Медь, никель, железо-никель, железо- хром и др.

3тип.- комп-ты раств. др. в др. с ограничением со сниж.t.

DF и EN раствор уменьш.со сниж.t. и уже из образовавшихся крист.твердого раствора вытисняет атомы раств-го компонента, они группируются и образуют вторичнуюкристализацию.

Железо углерод, алюм, медь, и др.

Тип-

Образуются сплавы содержащие новые хим.соед. в чистом виде Аm Bn или в виде структурной сост.другого сплава. Особенность в том, что св-ва хим.соед. близко не похожи на св-ва своих компонентов. Поэтому типу получают новейшие материала для новейшей техники, полупроводниковых мат, сверхпроводниковых, сверхтвердых материалов и др.

13.Фазы деограммы железо-угл.сплавов.мости от химического состояния и t будут образовываться следующие фазы:

Аустенит- А это твердый раствор углерода в чаше железо максимально содержится 2,14 % при t 1147 С, раствор уменьшается до 0,83% при t 727С и распадается на перлит. Аустенит не магнитен имеет высокую пластичность и вязкость.

Феррит – это твердый раствор углерода в альфа железе максимально 0,02 % и уменьшается до 0,002% t 200 С, мягкий, низкой прочности, магнитный, решетка ОЦК.

Цементит – это хим.соединение Fe3C содержит 6,67 % углерода, очень высокой твердости, хрупкости, магнитный и метостабильный, распадается с выделением графита. Различают: а) первичный цементит он образуется при переходе сплава из жидкого состояния в твердое. Б) вторичный цементит образуется при распаде аустенита. В) третичный выделяется из феррита с уменьшением раствора.

Графит свободный углерод мягкий низкой прочности, электропроводный. В чугунах находится в различной форме: чешуйке, пластинке, хлопье, что будет влиять на свойство сплава.

При кристаллизации образуется две смеси фаз:

а) перлит(П)

феррит+цементит

образуется при распаде акстенита при t 727С и содержит углерод 0,83%. Может быть пластинчатый или зернистый, что также влияет на механические свойства сплавов, более прочный зернистый перрит.

Б) ледебурит (Л)

Л= Аустенит+ цементит 1

Образуется при t 1147 С и содержит углерод 4,3 %. Твердый, хрупкий. Ниже t 727 C, будет Л= П+ Ц 1

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

Термомеханическая обработка (ТМО) является методом обработки стали, позволяющим повысить механические свойства по сравнению с полу­ченными при обычной закалке и отпуске.

Термомеханическая обработка заключается в сочетании пластической деформации стали в аустенитном состоянии с ее закалкой. Формирование структуры закаленной стали при ТМО происходит в условиях повышенной плотности дислокаций, обусловленных наклепом. Различают два основных способа термомеханической обработки.

По первому способу, называемому высокотемпературной термомехани­ческой обработкой (ВТМО), сталь деформируют при температуре выше точки А₃, при которой сталь имеет аустенитную структуру. Степень деформации составляет 20 — 30%. После деформации следует не­медленная закалка во избежание развития процесса рекристаллизации.

По второму способу, называемому низкотемпературной термомеханической обработкой (НТМО), сталь деформируют в температурной зоне су­ществования переохлажденного аустенита в области его относительной устойчивости (400 —600"С); температура деформации должна быть выше точки М_н., но ниже температуры рекристаллизации. Степень де­формации обычно составляет 75-95%. Закалку осуществляют сразу после-деформации. После закалки в обоих случаях следует низкотемпературный отпуск (100 —300°С). Такая комбинированная ТМО позволяет получить очень высокую прочность: σ_в = 22О~ЗОО кгс/мм², при хорошей пластично­сти и вязкости: δ = 6÷8% и а_н=5÷6 кгс-м/см².

После обычной закалки и низкого отпуска предел прочности не превы­шает 200-220 кгс/мм² и δ = 3÷ 4%.

Очень важно, что одновременно с повышением прочности после ТМО' возрастает пластичность.

Наибольшее упрочнение σ_в = 260-г 300 кгс/мм² достигается при дефор­мации переохлажденного аустенита, т.е. при обработке НТМО. Деформация в области высоких температур (ВТМО) не создает столь высокого предела прочности (σ_в = 220÷240 кгс/мм²). Это, видимо, объясняется тем, что при высоких температурах невозможно избежать хо­тя бы частичной рекристаллизации. Низкотемпературную термомеханиче­скую обработку можно рассматривать как холодную обработку давле­нием, так как она проводится ниже температуры рекристаллизации. Однако ВТО обеспечивает большой запас пластичности и лучшую конструктивную прочность. ВТМО повышает ударную вязкость при комнатной и низких температурах, понижает порог хладноломкости и чувствительность к отпускной хрупкости. Кроме того, деформация при высоких температурах протекает при меньших усилиях и является, поэтому более технологической операцией.

24ДЕФЕКТЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ЗАКАЛКЕ. К основным дефектам, которые могут возникнуть при закалке стали, отно­сятся трещины в изделии — внутренние или наружные, деформации и коробление.

Трещины. При закалке трещины возникают в тех случаях, когда вну­тренние растягивающие напряжения I рода превышают сопротивление ста­ли отрыву. Трещины образуются при температурах ниже точки М_п, чаще после охлаждения. Склонность к образованию трещин возрастает с увели­чением в стали содержания углерода, повышением температуры закалки и увеличением скорости охлаждения в температурном интервале мартенситного превращения.

Другой причиной образования трещин является наличие в изделии кон­центраторов напряжений (резкое изменение сечения изделия или местные вырезки, углубления, выступы и т. д.).

Трещины — неисправимый дефект. Для предупреждения их образования рекомендуется при конструировании изделий избегать резких выступов, за­остренных углов, резких переходов от толстых сечений к тонким и т. д.; проводить закалку с возможно более низких температур; осуществлять медленное охлаждение в мартенситном интервале. температур путем закал­ки в двух средах, ступенчатой закалки или применять изотермическую за­калку; отпуск выполнять немедленно после закалки.

Деформация и коробление. Деформация, т. е. изменение размеров и формы изделий, происходит при термической обработке в результате термических и структурных напряжений под действием неоднородных объемных изменений, вызванных неравномерным охлаждением и фазовы­ми превращениями.

Несимметричную деформацию изделий в практике часто называют ко­роблением (поводкой). Оно чаще наблюдается при неравномерном и чрез­мерно высоком нагреве под закалку, неправильном положении детали при погружении в закалочную среду и высокой скорости охлаждения в мартен­ситном интервале температур. Устранение этих причин значительно умень­шает коробление.

Размеры изделий после закалки даже при отсутствии коробления не совпадают с исходными значениями. Вызываемую этими изменениями де­формацию можно уменьшить подбором соответствующего состава стали и условий термической обработки

Ой семестр

+1.Влияние на сталь углерода и постоянных примесей. Главным элементом в стали является углерод, и это единственная примесь которая специально вводится в сталь. С повышением содержания углерода прочность стали существенно возрастает. С повышением содержания углерода увеличивается прочность и твердость, а пластичность и вязкость снижаются, кроме этого углерод заметно повышает верхний порог хладноломкости, расширяя температурный интервал перехода стали в хрупкое состояние. Особенно сильно сказывается влияние углерода при неравновесной структуре стали. Углеродистые стали, в отличие от легированных, менее технологичны при термической обработке и у этих сталей очень небольшая прокаливаемость.

Получаемая в промышл. углеродистая сталь имеет довольно сложный химический состав. Содержание железа в ней может быть в пределах 97,0 – 99,5% и попадает марганец, кремний, сера фосфор, кислород, азот, водород, случайные примеси хром, никель, медь и кроме того не металлические включения. Постоянными примесями в стали считаются такие которые попадают в нее в процессе получения, разливки а также из исходных материалов, топлива, футеровки печей и атмосферы. Марганец в виде оксида постоянно находится в железных рудах, также попадает встали при раскислении ее ферромарганцем при выплавке. Аналогично воздействует на св-ва стали кремний, растворяющийся только в феррите. К постоянным примесям в стали относятся фосфор и сера. Эти элементы оказывают существенное влияние на механические, технологические и др. св-ва стали. Фосфор попадает из руды, топлива, и флюсов, используемых в металлургическом производстве. Сера присутствует в небольших количествах в железных рудах и металлург-ом топливе и поэтому попадает в сталь во время металлургического процесса. Кислород в крист. Решетке железа не растворяется, поэтому в стали он присутствует в виде зерен оксидов железа и др. элементов. Эти не металлические включения снижают прочностные и пластические св-ва стали. Азот в очень маленьких кол-вах растворяясь в феррите упрочняет сталь на превышающую допустимое значение охрупчивает. При выплавке стали в нее попадает водород, он охрупчивает его. Включения оксидов Mn. Si. Al могут образовываться в стали как продукты реакций раскисления на определенном этапе выплавки, а также попасть в нее из футеровки печей. Все неметаллические примеси существенно ухудшают металлургическое качество стали и снижают ее мех. Св-ва.

+2.основными легирующими элементами являются хром, никель, кремний и марганец.

Никель увеличивает пластичность и вязкость стали, снижает температуру порога хладноломкость и уменьшает чувствительность стали к концентраторам напряжений, перечисленные факторы способствуют повышению сопротивления стали хрупкому разрушению. введение в сталь 1% никеля приводит к снижению порога хладноломкости на 60-80 С, а легирование стали 3-4% никеля обеспечивает ей глубокую прокаливаемость.

Хром повышает жаростойкость и коррозионную стойкость стали, увеличивает ее электрическое сопротивление и уменьшает коэффициент линейного расширения. легирование стали хромом приводит к уменьшению склонности аустенитного зерна к росту при нагреве, существенному увеличению ее прокаливаемости, а также к замедлению процесса распада мартенсита.

Кремний широко используется при выплавке стали как раскислитель. легирование кремнием углеродистых и хромистых сталей увеличивает их жаростойкость.уменьшая подвижность углерода в феррите, кремний тем самым затрудняет формирование и рост цементитных частиц, что проявляется в повышении устойчивости структуры стали при отпуске. Содержание кремния в стали ограничивают, поскольку он повышает склонность стали к тепловой хрупкости.

Марганец подобно никелю, снижает критическую скорость охлаждения, но в отличие от последнего уменьшает и вязкость феррита. Марганец используется для частичной замены никеля с целью получения нужного сочетания механических св-тв стали, а также с учетом меньшей стоимости марганца.

Вольфрам, молибден, ванадий, титан, бор и другие вводят в сталь совместно с хромом, никелем и марганцем для дополнительного улучшения ее свойств.

3. Классификация легированных сталей. В основу классификации легированных сталей заложены четыре при­знака: равновесная структура (после отжига), структура после охлаждения на воздухе (после нормализации), состав и назначение сталей. По типу равновесной структуры стали подразделяются на доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные и ледебуритные. Эвтектоидные стали имеют перлитную структуру, а доэвтектоидные и заэвтектоидные наряду с перлитом содержат соответственно избыточный феррит или вторичные кар­биды типа М₃С. В структуре литых ледебуритных (карбидных) сталей при­сутствует эвтектика (ледебурит), образованная первичными карбидами вкупе с аустенитом; поэтому по структуре они могут быть отнесены к белым чугунам, но их причисляют к сталям с учетом меньшего, чем у чугунов, содержа­ния углерода (< 2%) и возможности подвергать пластической деформации.

Классификация по структуре после нормализации предполагает раз­деление сталей на три основных класса: перлитный, мартенситный и аустенитный. Такое подразделение обусловлено тем, что с уве­личением содержания легирующих элементов в стали возрастает устойчивость аустенита в перлитной области; одновременно снижается температурная область мартенситного превращения. Все это приводит к изменению получаемых при нормализации структур от перлита в относи­тельно малолегированных сталях до мартенсит и аусте­нита.

Классификация по химическому составу предполагает разделение ле­гированных сталей на хромистые, марганцовистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и т. п. Согласно той же классификации стали подразделяют по общему количеству легирующих элементов в них на низколегированные, легированны и высоколегированные. Разновидностью классификации по химическому составу является классифи­кация по качеству. Качество стали — это комплекс свойств, обеспечиваемых металлургическим процессом, таких, как однородность химического состава, I строения и свойств стали, ее технологичность. Эти свойства зависят от содержа­ния газов (кислород, азот, водород) и вредных примесей — серы и фосфора. По качеству легированные стали подразделяют на качественные (до 0,04% S и до 0,035% Р), высококачественные (до 0,025% S и до 0,025% Р) и особовысококачественные (до 0,015% S и до 0,025% Р).

По назначению стали подразделяют на конструкционные (например, цементуемые, улучшаемые), инструментальные и с особыми свойствами. К последним относят «автоматные», пружинные, шарикоподшипниковые, из­носостойкие, коррозионностойкие, теплоустойчивые, жаропрочные, элек­тротехнические и другие стали.

4. Маркировка легированных сталей. Обозначение марки включает в себя цифры и буквы, указывающие на примерный состав стали. В начале марки приводятся двузнач­ные цифры (например, 12ХНЗА), указывающие среднее содержание углеро­да в сотых долях процента. Буквы справа от цифры обозначают легирующие элементы: А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, Е — селен, К — кобальт, Н — никель, М — молибден, П — фосфор, Р — бор, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ц —цирконий, Ч — редкозе­мельные элементы, Ю — алюминий. Следующие после буквы цифры указы­вают примерное содержание (в целых процентах) соответствующего леги­рующего элемента (при содержании 1—1,5% и менее цифра отсутствует, например 30ХГС). Высококачественные стали обозначаются буквой А, а особовысококачественные — буквой Ш, помещенными в конце марки (30ХГСА, ЗОХГС-Ш). Если буква А расположена в середине марки (14Г2АФ), I то это свидетельствует о том, что сталь легирована азотом. При обозна­чении автоматных сталей с повышенной обрабатываемостью резаниембуква А ставится в начале марки (А20, А40Г). Если автоматная сталь ле­гирована свинцом, то обозначение марки начинается с сочетания букв АС (АС35Г2, где цифра 35 обозначает среднее содержание углерода в сотых долях процента). Маркировка шарикоподшипниковой стали на­чинается с буквы Ш (ШХ15, где 15 — среднее содержание хрома в деся­тых долях процента). В начале обозначения марки быстрорежущих сталей стоит буква Р, за которой следует цифра, отражающая концентрацию вольфрама (Р18, Р6М5). Опытные стали, выплавленные на заводе «Электро­сталь», первоначально обозначают буквами ЭИ (электросталь исследова­тельская) или ЭП (электросталь пробная) с порядковым номером разработки (освоения), например ЭИ962 (11Х11Н2В2МФ), ЭПЗЗ (10Х11Н23ТЗМР). Такое упрощенное обозначение сталей, особенно высоколегированных, в дальнейшем широко используется и в заводских условиях. При маркировке сплавов на железоникелевой основе указывается коли­чественное содержание никеля (в процентах) с перечислением лишь буквен­ных обозначений остальных легирующих элементов, например ХН38ВТ, ХН45МВТЮБР

+5.цементуемые. К данной группе сталей относятся стали с содержанием углерода 0,1-0,3% обеспечивающие после химикотермической обработки, закалки и низкого отпуска высокую поверхностную твердость при вязкой, но достаточно прочной сердцевине. Эти стали используются для изготовления деталей машин и приборов испытывающих переменные и ударные нагрузки и одновременно подверженные износу. Карбидо- и нитридообразующие элементы способствуют повышению прокаливаемости, поверхностной твердости, износостойкости и контактной выносливости. Никель повышает вязкость сердцевины и диффузионного слоя и снижает порог хладноломкости. Легированные стали ванадием, титаном, алюминием, ниобием, приводит к образованию дисперсных нитридов или карбонитридов. Цементуемые легированные стали по механическим св-ам подразделяют на две группы: стали средней прочности и повышенной прочности. Хромистые стали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших изделий простоя формы, цементируемых на глубину 1.0-1.5мм. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при некоторой меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в цементируемом слое., чувствительна к перегреву, прокаливаемость невелика. Легирование хромистой стали ванадием (0.1-0,2%) улучшает механические свойства (сталь 20ХФ). Кроме того, хромованадиевые стали менее склонны к перегреву. Используют только для изготовления сравнительно небольших деталей. Хромоникелевые стали применяются для крупных деталей ответственного значения. испытывающих при эксплуатации значительные динамические нагрузки. Повышенная прочность, пластичность и вязкость сердцевины и цементированного слоя. Стали малочувствительны к перегреву при длительной цементации и не склонны к перенасыщению поверхностных слоев углеродом Хромомарганцевые стали применяют во многих случаях вместо дорогих

хромоникелевых. Однако они менее устойчивы к перегреву и имеют меньшую вязкость по сравнению с хромоникелевыми Хромомарганцевоникелевые стали. Повышение прокаливаемости в прочности хромомарганцевых сталей достигается дополнительным легированием их никелем. После цементации эти стали имеют высокие механические свойства. Бор увеличивает прокаливаемость стали, делает сталь чувствительной к перегреву.

6.улучшаемые Улучшаемые легированные стали. Улучшаемыми называют такие стали, которые используются после закалки с высоким отпуском (улучшения). Эти стали (40Х, 40ХФА,и др.) содержат 0,3—0,5% углерода и 1—6% легирующих эле­ментов. Данные стали применяют для изготовления валов, шатунов, штоков и других деталей, подверженных воздействию цик­лических или ударных нагрузок. В связи с этим улучшаемые стали должны обладать высоким пределом текучести, пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезу. Хромистые улучшаемые стали (ЗОХ, 40Х, 50Х) содержат 1% Сг, 0,65%
Повышенное содержание углерода в них вызывает увеличение прочности, но приводит к сниже­нию пластичности и вязкости разрушению. Стали обладают небольшой прокаливаемостью, увеличение которой дости­гается микролегированием их бором, однако при этом повышается порог хладноломкости. Хромокремниймарганцевые стали содержат по 1% хрома, марганца и кремния и характери­зуются хорошими механическими и технологическими св-ми Хромоникелевые стали. Они отличаются хорошей прокаливаемостью, прочностью и вязкостью. хромоникелевые стали, также как хромансил и хромистые, склонны к обратимой отпускной хрупкости и должны охлаждаться после высокого отпуска с большой скоростью (в воде или масле).

Отпускной хрупкостью называют охрупчивание стали при некоторых условиях отпуска. Различают два рода отпускной хрупкости, Отпускная хрупкость I рода проявляется при отпуске около 300 °С и вызывается неравномерностью распада мартенсита по объему и границам зерен. Менее прочные приграничные слои зерен, претерпевающие почти полный распад на ферритно-ементитную смесь, играют роль концентраторов напряжений, что в конечном итоге вызывает хрупкое разрушение.

Отпускная хрупкость II рода проявляется лишь в результате медленного охлаждения после отпуска при температурах выше 500 °С. При быстром охлаждении вязкость не уменьшается, а, наоборот, возрастает с повышением температуры отпуска. присутствие молибдена или вольфрама в стали затормаживает диффузионные процессы, уменьшает разницу в диффузионной подвижности атомов в объеме и по границам зерна и тем самым существенно препятствует возникновению неоднородности между указанными зонами.

 

7.конструкционные углеродистые обыкновенного качества и качественные стали. Углеродистая конструкционная сталь подразделяется на сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380—71) и качественную (ГОСТ 1050-74).

Углеродистые конструкционные стали обыкновенного каче­ства наиболее дешевы. Эти стали содержат повышенный процент вредных примесей серы (мартеновская до 0,055% и бессемеровс­кая до 0,060%) и фосфора (мартеновская до 0,045% и бессеме­ровская до 0,080%).

В зависимости от назначения стали обыкновенного качества под­разделяются на три группы — А, Б, и В.

Стали всех групп с номерами 1—4 изготавливаются кипящие (КП), спокойные (СП) и полуспокойные (ПС); с номерами 5—6 — полуспокойные (ПС) и спокойные (СП).

В зависимости от нормируемых показателей сталь каждой груп­пы делится на категории:

группа А — категории 1, 2, 3;

группа Б — категории 1,2;

группа В — категории 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Группа А — стали обыкновенного качества, поставляемые по механическим свойствам без уточнения химического состава. Ста­ли этой группы маркируются буквами Ст. и цифрами 0, 1,2, 3, 4, 5, 6. Чем больше число, тем выше прочность стали.

Для обозначения категории к маркировке в конце добавляют номер категории (первую категорию не указывают). Например СтЗпс2, СтЗ.

Стали группы А используются в состоянии поставки без после­дующей горячей обработки давлением и термической обработки.

Группа Б — стали, поставляемые с гарантируемым химическим составом. Их маркируют индексом Б, буквами Ст и цифрами 0, 1,

2, 3, 4, 5, 6. Чем больше цифра, тем выше содержание углерода. В
конце маркировки указывается номер категории, например БСт1,
БСт2-2, БСтЗкп.

Группа В — стали, поставляемые с гарантируемым химическим составом. Их маркируют индексом В, буквами Ст и цифрами 1, 2,

3, 4, 5. В конце марки добавляют цифру, указывающую номер кате­гории. Например, ВСт2-2, ВСтЗкп-4.

Стали групп Б и В можно подвергнуть горячей обработке давле­нием и термической обработке (нормализации, закалке и отпуску).

Стали обыкновенного качества, применяют для изготовления строительных конструкций, арматуры и неответственных деталей машин, их поставляют в виде проката: балок, швеллеров, прутов, листов, труб и т.д.

Углеродистые качественные стали выплавляют в мартеновских или электрических печах; в зависимости от способа раскисления они могут быть спокойными или кипящими. В качественных сталях сужены пределы по содержанию углерода, снижено содержание серы до 0,04% и фосфора до 0,04%.

Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 10, 20, 45 и т.д., которые показывают среднее содержание углерода в со­тых долях процента.

Стали с малым содержанием углерода 08, 10, 15, 20 имеют от­носительно низкую прочность (ст_в = 330 — 420 МПа) и высокую пластичность (5 = 25 — 32% и \|/ = 55 — 60%). Эти стали хорошо свариваются и штампуются.

Штампуемость стали сильно зависит от химического состава: чем больше углерода в стали, тем хуже штампуемость. Увеличение со­держания кремния снижает штампуемость, особенно при вытяжке. Поэтому стали, применяемые для холодной штамповки, особенно для глубокой вытяжки, имеют пониженное содержание углерода и кремния (не более 0,08%).

Стали марок 25, 30, 40, 45, 50 имеют более высокую прочность (сг = 460 — 640 МПа) при пониженной пластичности (5 = 23 — 14% и у =50-40%).