Состояние легирующих элементов в стали. Влияние легирующих элементов на свойства стали.

Обозначения

/ - повышение

\ - уменьшение

 

 

Билет 1

Состояние легирующих элементов в стали. Влияние легирующих элементов на свойства стали.

а)/раств, обр.лег.цементит либо собств.карбиды, интермет.связи(Ni,Ti), немет.включ.

б)искаж.реш...,пласт, вязк, /порога хлод.(кроме Ni)

в)обесп.мелкодисп.структ в виде мелк.вкл.карбида, блочность, /тв. и пр.

 

Назначение легирующих элементов

Основным легирующим элементом является хром (0,8... 1,2)%. Он повышает прокаливаемость. способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладоломкости хромистых сталей - (0... -100)°С.

Дополнительные легирующие элементы.

Бор - 0.003%. Увеличивает прокаливаемость. а такхе повышает порог хладоломкости (+20...-60°С.

Марганец — увеличивает прокаливаемость, однако содействует росту зерна, и повышает порог хладоломкости до (+40... -60)°С.

Титан (~0,1%) вводят для измельчения зерна в хромомарганцевой стали.

Введение молибдена (0,15... 0,46%) в хромистые стали увеличивает прокаливаемость. снихает порог хладоломкости до -20... -120°С. Молибден увеличивает статическую, динамическую и усталостную прочность стали, устраняет склонность к внутреннему окислению. Кроме того, молибден снижает склонность к отпускной хрупкости сталей, содержащих никель.

Ванадий в количестве (0.1...0.3) % в хромистых сталях измельчает зерно и повышает прочность и вязкость.

Введение в хромистые стали никеля, значительно повышает прочность и прокаливаемость. понижает порог хладоломкости, но при этом повышает склонность к отпускной хрупкости (этот недостаток компенсируется введением в сталь молибдена). Хромоникелевые стали, обладают наилучшим комплексом свойств. Однако никель является дефицитным, и применение таких сталей ограничено.

Значительное количество никеля можно заменить медью, это не приводит к снижению вязкости.

При легировании хромомарганцевых сталей кремнием получают, стали -хромансиль (20ХГС, ЗОХГСА). Стали обладают хорошим сочетанием прочности и вязкости, хорошо свариваются, штампуются и обрабатываются резанием.Кремний повышает ударную вязкость и температурный запас вязкости.

Добавка свинца, кальция — улучшает обрабатываемость резанием. Применение упрочнения термической обработки улучшает комплекс механических свойств.

Распределение легирующих элементов в стали

Легирующие элементы растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов (феррит, аустенит, цементит), или образуют специальные карбиды.

Растворение легирующих элементов в Fea происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. Эти амомы создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода.

Изменение размеров решетки вызывает изменение свойств феррита - прочность повышается, пластичность уменьшается. Хром, молибден и вольфрам упрочняют меньше, чем никель, кремний и марганец. Молибден и вольфрам, а твкже кремний и марганец в определенных количествах, снижают вязкость.

В сталях карбиды образуются металлами, расположенными в таблице Менделеева левее железа (хром, ванадий, титан), которые имеют менее достроенную d -электронную полосу.

 В процессе карой доо бра зов ания углерод отдает свои валентные электроны на заполнение d - электронной полосы атома металла, тогда как у металла валентные электроны образуют металлическую связь, обуславливающую металлические свойства карбидов.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла более 0,59 образуются типичные химические соединения: Fe3C, Мп3С, Cr-2-f^d Сг-^Г^ Fe3W3C — которые имеют сложную кристаллическую решетку и при нагреве растворяются в аустените.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла менее 0,59 образуются фазы внедрения: Мо2(-', WL', 1 "С', TiL' ToL', W-2t' — которые имеют простую кристаллическую решетку и трудно растворяются в аустените.

Все карбиды обладают высокой твердостью и температурой плавления.

 

Улучшаемые стали

Улучш: З+ВО на стр. Со.

Прим: Сложнонагр. дет. в усл. среза, дин.нагр, изгиба, кручения

ЛЭ: должны обеспеч. /пр, предел выносл, неуст.к концинтраторам напряж.

Состав: С=0,3,,0,5 (обесп. закаливаемость и влияет на прокалив, /тв. и КСИ)

Если С<0,3 то нет тв.

ЛЭ<3..5 - перл. и март. класс с Ni,Cr,Mn...

Роль ЛЭ: / Дкр, / сопр. к отпуску (при / tотп мельче зерно, глубже сним. внутр. напр.), детали крупн. сечения воизбеж. отпускной хрупкости II рода должны содерж. Mo,W.

ТО: З+ВО -> Со -> ЗТВЧ(М) + НО -> пов. упрочн. или

З+ВО+ Азотир - /тв.пов., работа в корр. среде, /предел выносл.

40Х, 38ХГС

 

Улучшаемые легированные стали применяют для более крупных и более нагруженных ответственных деталей. Стали обладают лучшим комплексом механических свойств: выше прочность при сохранении достаточной вязкости и пластичности, ниже порог хладоломкости.

Хромистые стали ЗОХ, 40Х, 50Х используются для изготовления небольших средненагруженных деталей. Эти стали склонны к отпускной хрупкости, поэтому после высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым.

Повышение прокаливаем ости достигается микролегированием бором (35ХР). Введение в сталь ванадия значительно увеличивает вязкость (40ХФА).

Хромокремнистые (ЗЗХС) и хромокремниймарганцевые (хромансил) (25ХГСА) стали обладают высокой прочностью и умеренной вязкостью. Стали хромансилы обладают высокой свариваемостью, из них изготавливают стыковочные сварные узлы, кронштейны, крепежные и другие детали. Широко применяются в автомобилестроении и авиации.

Хромоникелевые стали 45ХН, ЗОХНЗА отличаются хорошей прокаливаемостью. прочностью и вязкостью, но чувствительны к обратимой отпускной хрупкости. Для уменьшения чувствительности вводят молибден или вольфрам. Ванадий способствует измельчению зерна.

Стали 36Х2Н2МФА, 38ХНЗВА др. обладают лучшими свойствами, относятся к мартенситному классу, слабо разупрочняются при нагреве до 300... 400 °С. из них изготавливаются валы и роторы турбин, тяжелонагруженные детали редукторов и компрессоров.

 

Требования к свойствах материалов, используемых для изготовления упругих элементов приборов.

Св-ва: */ предел упруг.

*предел выносл.

*немагнитность

*корроз. стоикость

*электропроводность

*релаксационная стойкость

Бронза: БрБ2 2% Ве

Св-ва: прочность, антифрикционность, хорош. лит. св-ва, корроз. стойкость и немагнитность.

Ве- /предел упр.

Или Ж-Ni сплавы: 36НХТЮ

Шарикоподшипниковые стали

Усл. работы: *многокр. контактные нагрузки

* невысокие дин. нагрузки

* износ при проскальзовании.

Требования: */тв,пр -> сквозная проскальзование.

* /предел выносливости

* постоянство размеров при ТО и работе

Роль ЛЭ: С-1% -обеспеч. закаливаемость и /Дкр.

Cr-/Дкр ->Зм

Дополн. ЛЭ (Si,Mn) /Дкр

S,P<0.02% - высокое кач.

ШХ4, ШХ15, ШХ15СГ

ТО: а)отжиг на зерн. перлит

б) упр.ТО- неполн Зм.

в) Зм+ Обр.хол+ НО

Подвергаются воздействию высоких нагрузок переменного характера. Основными требованиями являются высокая прочность и износостойкость, высокий предел выносливости, отсутствие концентраторов напряжений, неметаллических включений, полостей, ликвации. Шарикоподшипниковые стали характеризуются высоким содержанием углерода (около 1 %) и наличием хрома (ТПХ9, ШХ15). Высокое содержание углерода и хрома после закалки обеспечивает структуру мартенсит плюс карбиды, высокой твердости, износостойкости, необходимой прокаливаем ости. Дальнейшее увеличение прокалив аемости достигается дополнительным легированием марганцем, кремнием (ШХ15СГ). Повышены требования в отношении чистоты и равномерности распределения карбидов, в противном случае может произойти выкрашивание. Стали подвергаются строгому металлургическому контролю на наличие пористости, неметаллических включений, карбидной сетки, карбидной ликвации. Термическая обработка включает отжиг, закалку и отпуск. Отжиг проводят после ковки для снижения твердости и подготовки структуры к закалке. Температура закалки составляет 790... 880 °С в зависимости от массивности деталей. Охлаждение — в масле (кольца, ролики), в водном растворе соды или соли (шарики). Отпуск стали проводят при температуре 150... 170°С в течение 1...2 часов. Обеспечивается твердость 62...66 HRC. Из стали ШХ9 изготавливают шарики и ролики небольших размеров, из стали ШХ15 - более крупные. Детали подшипников качения, испытывающие большие динамические нагрузки (подшипники прокатных станов), изготавливают из сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с последующей глубокой цементацией на глубину 5... 10 мм. Для деталей подшипников, работающих в азотной кислоте и других агрессивных средах, используется сталь 95X18.

 

 

Требования к материалам для режущих инструментов. Особенности состава, ТО.

Требования к материалам для режущих инструментов. Особенности состава, ТО, структуры и св-ва этих сталей.

Требования

1. НВинстр >> HBдет

2. достаточная?0,2, КСИ, б - воизб поломки.

3. Сохр р-ров и формы инстр во время работы

4.? lim вынослив (?-1)

5.? Dкр(3M) для получ. Инстр. Сложн. Формы.

6. Теплостойкость.

А)Нетеплостойкие

У7…У10 (%C - 0,7 …1% - закол., прокалив) / Dкр

З неп + НО - \в - ручной инструмент

Низколег инстр стали: (C?1%, Л.Э: 3…5%(Cr, Si, Mn, V, W)-пер класс)

 

Б) Теплостойкие (быстрорезы)

Быстрор с карбидн упроч (Р18, Р6М5К5)

(C = 0,7 … 0,95 - созд. Карб. Фазы, Mo, W -? теплост. Cr - 4%, V - 2%)

ТО: З + Обр. кол. + 3-х кр. ВО

П+К? А+К? М+К? Аост? Мо +К + З? Аост

Быстрорезы с интерметалидн. Упрочн.

{Fe - W - Co} LC? 0,1 … 0,15 %

З + 3-х кратное ВО

Билет 18

Обозначения

/ - повышение

\ - уменьшение

 

 

Билет 1

Состояние легирующих элементов в стали. Влияние легирующих элементов на свойства стали.

а)/раств, обр.лег.цементит либо собств.карбиды, интермет.связи(Ni,Ti), немет.включ.

б)искаж.реш...,пласт, вязк, /порога хлод.(кроме Ni)

в)обесп.мелкодисп.структ в виде мелк.вкл.карбида, блочность, /тв. и пр.

 

Назначение легирующих элементов

Основным легирующим элементом является хром (0,8... 1,2)%. Он повышает прокаливаемость. способствует получению высокой и равномерной твердости стали. Порог хладоломкости хромистых сталей - (0... -100)°С.

Дополнительные легирующие элементы.

Бор - 0.003%. Увеличивает прокаливаемость. а такхе повышает порог хладоломкости (+20...-60°С.

Марганец — увеличивает прокаливаемость, однако содействует росту зерна, и повышает порог хладоломкости до (+40... -60)°С.

Титан (~0,1%) вводят для измельчения зерна в хромомарганцевой стали.

Введение молибдена (0,15... 0,46%) в хромистые стали увеличивает прокаливаемость. снихает порог хладоломкости до -20... -120°С. Молибден увеличивает статическую, динамическую и усталостную прочность стали, устраняет склонность к внутреннему окислению. Кроме того, молибден снижает склонность к отпускной хрупкости сталей, содержащих никель.

Ванадий в количестве (0.1...0.3) % в хромистых сталях измельчает зерно и повышает прочность и вязкость.

Введение в хромистые стали никеля, значительно повышает прочность и прокаливаемость. понижает порог хладоломкости, но при этом повышает склонность к отпускной хрупкости (этот недостаток компенсируется введением в сталь молибдена). Хромоникелевые стали, обладают наилучшим комплексом свойств. Однако никель является дефицитным, и применение таких сталей ограничено.

Значительное количество никеля можно заменить медью, это не приводит к снижению вязкости.

При легировании хромомарганцевых сталей кремнием получают, стали -хромансиль (20ХГС, ЗОХГСА). Стали обладают хорошим сочетанием прочности и вязкости, хорошо свариваются, штампуются и обрабатываются резанием.Кремний повышает ударную вязкость и температурный запас вязкости.

Добавка свинца, кальция — улучшает обрабатываемость резанием. Применение упрочнения термической обработки улучшает комплекс механических свойств.

Распределение легирующих элементов в стали

Легирующие элементы растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов (феррит, аустенит, цементит), или образуют специальные карбиды.

Растворение легирующих элементов в Fea происходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. Эти амомы создают в решетке напряжения, которые вызывают изменение ее периода.

Изменение размеров решетки вызывает изменение свойств феррита - прочность повышается, пластичность уменьшается. Хром, молибден и вольфрам упрочняют меньше, чем никель, кремний и марганец. Молибден и вольфрам, а твкже кремний и марганец в определенных количествах, снижают вязкость.

В сталях карбиды образуются металлами, расположенными в таблице Менделеева левее железа (хром, ванадий, титан), которые имеют менее достроенную d -электронную полосу.

 В процессе карой доо бра зов ания углерод отдает свои валентные электроны на заполнение d - электронной полосы атома металла, тогда как у металла валентные электроны образуют металлическую связь, обуславливающую металлические свойства карбидов.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла более 0,59 образуются типичные химические соединения: Fe3C, Мп3С, Cr-2-f^d Сг-^Г^ Fe3W3C — которые имеют сложную кристаллическую решетку и при нагреве растворяются в аустените.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла менее 0,59 образуются фазы внедрения: Мо2(-', WL', 1 "С', TiL' ToL', W-2t' — которые имеют простую кристаллическую решетку и трудно растворяются в аустените.

Все карбиды обладают высокой твердостью и температурой плавления.