Диаграмма изометрического распада аустенита

Диаграмма для стали У8

Строится на основании процессов превращения аустенита в перлит при t=const. Аустенит превращается в перлит при небольших степенях охлаждения. С увеличением переохлаждения пластинки становятся мельче. Мелкопластинчатый перлит-сорбит. В районе выступа начала и конца распада аустенита получается тонкодисперсный перлит-троостит. Ниже выступа превращений-Бейнит. При очень больших степенях переохлаждения возможно бездиффузное превращение в перенасыщенный раствор углерода в альфа железо, называемый мартенсит.

Вопрос №23

Ковкие чугуны. Способ получения, область применения и маркировка

Ковкие чугуны имеют не большое относительное удлинение, относительно других чугунов. Получают из белого чугуна путем графитизированного отжига и делается в 2 этапа:

1. После заполнения формы отливки ее быстро охлаждают и получают структуру белого чугуна

2. Затем подвергают длительному отжигу(томление), предохраняя от окисления печными газами засыпкой песком.

Для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках(картеры, фланцы, муфты). КЧ 33-8, где 1-ое число Сигма врем=330 МПа(врем. Сопротивление разрыву), 2-ое число относительное удлинение=8%

Вопрос №24

Отпуск, виды отпуска. Назначение, область применения.

Назначение: понизить твердость, понизить внутреннее напряжение, снижение закалочных напряжений, повышение пластичности.

Отпуск -нагрев закаленной стали до t ниже As1, выдержке и охлаждении на воздухе.

Низкий отпуск - отпуск в интервале 150-220 градусов. Структура:мартенсит отпуска. Для реж. инструментов, подшипников.

Средний отпуск -отпуск в интервале 350-400 градусов. Структура:троостит отпуска. Для пружин и рессор.

Высокий отпуск -отпуск в интервале 550-650 градусов. Структура:сорбит отпуска. Для деталей машин:валы и оси.

Вопрос №25

Влияние легирующих элементов на полиморфные превращения железа. Стали ферритного, аустенитного, перлитного и мартенситного класса.

Влияние легирующих элементов на полиморфные превращения железа Все легирующие элементы, за исключением C, N, H, В, растворяясь в железе, замещая его атомы, влияют на положение критических точек (А3 (точка G) и А4 (точкаN)), определяющих температурную область существования б- и г- железа. Т.о легирующие элементы делятся на две группы: 1-я группа – элементы стабилизирующие аустенит (г- фазу). 2-я группа – элементы стабилизирующие феррит (б- фазу). К элементам первой группы относятся Ni и Mn, которые понимают точку А3, и повышают точку А4. Элементы второй группы – Cr, W, Mo, V, Si, Al, Ti и др. – понижают точку А4 и повышают точку А3. (Все эти легирующие элементы имеют ОЦК-решетку, за исключением Al (ГЦК)). При определенной концентрации легирующих элементов критические точки А4 и А3, а также их интервалы, сливаются, и область г- фазы полностью замыкается. Легирующие элементы оказывают большое влияние на эвтектоидную концентрацию углерода (точка S диаграммы Fе – С) и предельную растворимость углерода в г- железе (точка Е). Легирующие элементы: Ni, Co, Si, W, Mo, Cr, Mn – точки S и Е сдвигают влево в сторону меньшего содержания углерода, а V, Ti, Nb – наоборот, повышают концентрацию углерода в эвтектоиде.

Стали ферритного класса - это высокохромистые стали, содержащие более 17 % Сг и до 0 15 % С.(12x17, 08Х13) Применение: клапана, валики, втулки.

К аустенитному классу относятся высоколегированные стали, образующие пpи кристаллизации преимущественно однофазную аустенитную структуру γ-Fe c гранецентрированной кристаллической (ГЦК) рeшеткой и сохраняющие еe при охлаждении дo криогенных температур. Кoличество другой фазы - высоколегированного феррита (δ-Fe с объемноцентрированной кристаллической (ОЦК) решеткой) изменяется от О до 10 %. Они содержат 18...25 % Сг, обеспечивающего жаро- и коррозионную стойкость, а также 8...35 % Ni, стабилизирующего аустенитную структуру и повышающего жаропрочность, пластичность и технологичность сталей в широком интервале температур.(08Х16Н9М2, 08X23H18) Применение:паропроводы, камеры сгорания.

Стали перлитного класса - это низко - и среднелегированные, наиболее распространенные как конструкционные, так и инструментальные стали. В состоянии проката или после отжига они благодаря перлитной или ферритно-перлитной структуре хорошо обрабатываются режущим инструментом.(12Х1МФ) Используют для изготовления крепежа, труб, паропроводов, пароперегревателей и коллекторов энергетических установок.

Стали мартенситного класса используют для изготовления деталей энергетического оборудования (лопатки, диафрагмы, турбинные диски, роторы), длительно работающих при температурах 600 - 620 С. Высокая жаропрочность этих сталей достигается при закалке от 1000 - 1050 С в масле на мартенсит с последующим отпуском на сорбит или троостит.(2X13, 4Х10С2М)

Термопластичные пластмассы

В основе термопластичных пластмасс лежат полимеры линейной или разветвленной структуры, иногда в состав полимеров вводят пластификаторы.

Неполярные термопластичные пластмассы

Неполярные термопластичные пластмассы:

· полиэтилен

· полипропилен

· полистирол

· фторопласт-4

· Полиэтилен - продукт полимеризации бесцветного газа этилена, относящийся к кристаллизующимся полимерам.Чем выше плотность и кристалличность полиэтилена, тем выше прочность и теплостойкость материала. Он химически стоек и при нормальной температуре нерастворим ни в одном из известных растворителей. Недостаток его -подверженность старению.Применяют для изготовления труб, пленок, литых и прессованных деталей, не подвергающихся интенсивным механическим нагрузкам.. Полипропилен - жесткий нетоксичный материал с высокими физико-механическими свойствами. Недостаток полипропилена его невысокая морозостойкость (от -10 до -20°С). Полистирол - твердый, жесткий, прозрачный, аморфный полимер. Удобен для механической обработки, хорошо окрашивается, растворим в бензине. Недостаток его - невысокая теплостойкость, склонность к старению и образованию трещин. Из полистирола изготавливают детали для радиотехники, телевидения и приборов, сосуды для воды и многое другое. Фторопласт-4 является аморфно-кристаллическим полимером. Разрушение материала происходит при температуре выше 415°С. Он стоек к воздействию растворителей, кислот, щелочей, не смачивается водой. Применяют его для изготовления труб, вентилей, кранов, насосов, мембран, уплотнительных прокладок, манжет и др. Полярные термопластичные пластмассы Фторопласт-3 - полимер трифторхлорэтилена. Его используют как низкочастотный диэлектрик, кроме того, из него изготавливают трубы, шланги, клапаны, насосы, защитные покрытия металлов и др.

27.Легированные стали в отличие от углеродистых кроме углерода, железа и обычных примесей содержат определенное количество добавок (лигирующие элементы):
Свойства легированных сталей зависят от содержания в них легирующих элементов.
Никель и хром улучшают механические свойства, повышают жаростойкость и коррозионную стойкость сталей.
Вольфрам повышает твердость, прочность, улучшает режущие свойства стали при высоких температурах (красностойкость).
Марганец повышает твердость, износостойкость, сопротивление ударным нагрузкам сталей.
Кремний повышает упругие свойства стали, увеличивает кислотостойкость сталей.
Титан увеличивает жаропрочность и кислотостойкость стали.
Молибден улучшает механические свойства при нормальной и повышенной температурах, несколько повышает свариваемость сталей..
Ванадий улучшает пластические свойства стали, измельчает ее микроструктуру.
Кобальт увеличивает ударную вязкость и жаропрочность сталей.

Легированные стали по назначению подразделяются:
*конструкционные,
*инструментальные,
*стали со специальными свойствами.
Конструкционные стали (низколегированные).
Инструментальные стали.

Инструментальные легированные стали подразделяются:
*низколегированные с содержанием легирующих элементов до 5%,
*высоколегированные с содержанием легирующих элементов более 10%.

Низколегированные инструментальные стали (ГОСТ 5950-2000):
ст.ХВГ, ст.9ХС, после термической обработки обладают более высокими показателями механических свойств по сравнению с углеродистыми инструментальными сталями: имеют более высокую твердость после термообработки (62-65 HRC), повышенные износостойкость и теплостойкость (до 200-250°С), меньшую чувствительность и склонность к перегреву и короблению при термообработке.
Низколегированные инструментальные стали применяют для изготовления режущих инструментов большого сечения, работающих при небольших скоростях резания: ручных сверл, протяжек, разверток, гребенок.

Высоколегированные инструментальные стали (ГОСТ 19265-76) содержат большое количество легирующих элементов, образующих в структуре стали химические соединения с углеродом (преимущественно карбиды).
Основной легирующий элемент таких сталей - вольфрам.
Изделия, изготовленные из высоколегированных инструментальных сталей с большим количеством карбида, сохраняют высокие твердость, прочность и износостойкость при температурах 600-620° С, которые появляются в режущей кромке при резании металлов с большой скоростью.
Такие стали называют быстрорежущими.
В состав быстрорежущих сталей входят 0,7-0,95% углерода, 3,1-4,4% хрома, 8,5-19% вольфрама, 1-2,5% ванадия. Маркируются быстрорежущие стали следующим образом:
ст.Р9, ст.Р18, ст.Р12, где буква Р обозначает, что сталь быстрорежущая, цифры 9, 18, 12 показывают среднее содержание вольфрама, предусмотренное стандартом.

28. Магнитные сплавы и стали. Эти сплавы и стали широко применяются для изготовления постоянных магнитов, сердечников трансформаторов, электроизмерительных приборов, электромагнитов. Магнитная сталь делится на две группы, резко отличающаяся по магнитным свойствам: магнитотвердые и магнитомягкие.

Магнитотвердые сплавы и стали применяются для изготовления постоянных магнитов. Сталь для постоянных магнитов обозначается буквой Е. Она содержит высокий процент хрома или кобальта. Согласно ГОСТ 6862, установлены следующие марки этой стали: ЕХ, ЕХ3, Е7136, ЕХ9К15М.

Магнитомягкие сплавы и стали должны обладать очень высокой магнитопроницаемостью. Их этих сталей и сплавов делают сердечники трансформаторов, электроизмерительных приборов, электромагнитов. Обозначается электромагнитная сталь буквой Э. Марки её: Э1, Э2, Э3, Э4, Э1АА. Она содержит высокий процент кремния. Эта сталь идет для изготовления магнитопроводов, роторов, статоров.

Электротехническую тонколистовую сталь разделяют:

· по структурному состоянию и виду прокатки на классы:

o 1 - горячекатаная изотропная;

o 2 - холоднокатаная изотропная;

o 3 - холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой;

· по содержанию кремния:

o 0 - до 0,4 %;

o 1 - св. 0,4 до 0,8 %;

o 2 - св. 0,8 до 1,8 %;

o 3 - св. 1,8 до 2,8 %;

o 4 - св. 2,8 до 3,8 %;

o 5 - св. 3,8 до 4,8 %, химический состав стали не нормируется;

· по основной нормируемой характеристике на группы:

o 0 - удельные потери при магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц (P1,7/50);

o 1 - удельные потери при магнитной индукции 1,5 Тл и частоте 50 Гц (P1,5/50);

o 2 - удельные потери при магнитной индукции 1,0 Тл и частоте 400 Гц (P1,0/400);

o 6 - магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/м (В 0, 4);

o 7 - магнитная индукция в средних магнитных полях при напряженности поля 10 А/м (В10).

Стали и сплавы с высоким омическим сопротивлением. Они получили широкое применение для изготовления реостатов, элементов нагревательных приборов, промышленных и лабораторных печей. Согласно ГОСТ 9232, установлены следующие марки сталей: Х13Ю4, ОХ23ЮБ, ОХ23ЮБА, ОХ25Ю7А. Содержание углерода в этих сталях 0,05-0,15%.
Сплавы с высоким омическим сопротивлением состоят из хрома и никеля; их марки Х15Н60, Х20Н80, Х20Н80Т3.

Немагнитные стали и сплавы. Наибольшее применение имеет сталь марки Н25 (Ni 22-25%), и марки 55Н9Г9, содержащая 9% Ni и 8-10% Mn. Немагнитная сталь применяется в приборах, где ферромагнитные материалы могут повлиять на точность показаний.

Сталь с особыми тепловыми свойствами. Во многих точных приборах в тех случаях, когда требуется совершенно определенный коэффициент теплового расширения или это расширение должно быть практически незначительным, применяется сталь с очень низким коэффициентом расширения. Такой сталью является инвар – сталь, содержащая 36% Ni, ее марка Н36. Инвар применяется в оптических и геодезических приборах, где требуется сохранение размеров при нагреве от 0 до 100°C. Сплав железа с 42% Ni называется платинитом (Н42). Он заменяет платину, коэффициент расширения которой очень мал и равен коэффициенту линейного расширения стекла. Элинвар Х8Н36 применяется для часовых пружин, камертонов и физических приборов.

Стали и сплавы с особыми химическими свойствами. К этой группе сталей относятся высоколегированные коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Согласно ГОСТ 5632, в зависимости от основных свойств стали и сплавы подразделяются на три группы:

· I - коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;

· II — жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 °С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии;

· III — жаропрочные стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной стойкостью.

Коррозионностойкая сталь является высокохромистой сталью: она легирована также никелем, титаном и другими примесями.

Высокохромистые стали коррозионностойки в менее агрессивных средах (например, атмосфера, растворы солей, слабые кислоты). Марки этой стали: 1Х13Н3, 1Х17Н2, 1Х11МФ и др.

Хромоникелевые нержавеющие стали легированы титаном, молибденом, ниобием и другими примесями. Она имеет очень высокую коррозионную стойкость в любой среде, включая кислоты: концентрированную серную и азотную. Она также относится к высокохромистой с большим содержанием никеля. Важнейшие марки этой стали: 0Х18Н11, 0Х18Н12Т, 00Х18Н10, Х15Н9Ю, Х17Н13М2Т и др.

В марках сталей, имеющих впереди нуль, содержание углерода не превышает 0,08%, а в марках сталей, имеющих впереди два нуля, содержание углерода не превышает 0,04%.

Современная прогрессивная техника, связанная с работой деталей и механизмов в условиях действия высоких температур, газов и больших нагрузок, базируется на применении жаропрочной и окалиностойкой стали и сплавов. Обычная углеродистая сталь при нагреве до 400-500°С, кроме того, что химически разрушается, еще и теряет прочность.

Окалиностойкостью называется способность металла сопротивляться окислению при действии высоких температур и небольших нагрузок.

Жаропрочностью называется способность металла сохранять прочность и не окисляться под действием высоких температур при повышенных нагрузках.

Жаропрочность и окалиностойкость связаны между собой. Жаропрочная сталь должна быть обязательно окалиностойкой. Камеры сгорания, чехлы к термопарам делают из окалиностойкой стали, а лопатки газовых и паровых турбин, детали реактивных двигателей – из жаропрочных сталей и сплавов.

Важнейшие легирующие примеси в окалиностойкой стали – алюминий, кремний, хром. При содержании 10-13% хрома сталь окалиностойка до 750°С, при 15-17% хрома окалиностойкость увеличивается до 800-900°С, а при 25% хрома – до 1000°С.

Кроме сталей широко применяются сплавы, обладающие наряду с высокой окалиностойкостью еще и высоким электросопротивлением. Эти сплавы получили широкое распространение в электротехнике, так как основой их является не никель, а железо, и поэтому они очень экономичны. Важнейшие из этих сплавов – фехраль и хромаль. Фехраль имеет следующий состав: 0,12% С, 4-5% Cr,,4-5% Al, остальное – Fe. Хромаль содержит 26% Cr, 5% Al, остальное – Fe.

Стали 15Х11МФ, 13Х14Н3В2ФР, 09Х16Н15М3Б и другие применяют для изготовления пароперегревательных устройств, лопаток паровых турбин, трубопроводов высокого давления. Для изделий, работающих при более высоких температурах, используются стали 15Х5М, 16Х11Н2В2МФ, 12Х18Н12Т, 37Х12Н8Г8МБФ и др.

Жаростойкие стали способны сопротивляться окислению и окалинообразованию при температурах 1150 - 1250 °С. Для изготовления паровых котлов, теплообменников, термических печей, аппаратуры, работающей при высоких температурах в агрессивных средах используются стали марок 12Х13, 08Х18Н10Т, 15Х25Т, 10Х23Н18, 08Х20Н14C2, 1Х12МВСФБР, 06Х16Н15М2Г2ТФР-ИД, 12Х12М1БФР-Ш.

Теплоустойчивые стали предназначены для изготовления деталей, работающих в нагруженном состоянии при температуре 600°С в течение длительного времени. К ним относятся: 12Х1МФ, 20Х3МВФ, 15Х5ВФ, 12Х2МФСР.

Хладостойкие стали должны сохранять свои свойства при температурах минус 40 - минус 80°С. Наибольшее применение имеют стали: 20Х2Н4ВА, 12ХН3А, 15ХМ, 38Х2МЮА, 30ХГСН2А, 40ХН2МА и др.

29. Латунь — это двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим элементом является цинк, иногда с добавлением олова, никеля, свинца, марганца, железа и других элементов

Порядок маркировки

Принята следующая маркировка. Латунный сплав обозначают буквой «Л», после чего следуют буквы основных элементов, образующих сплав. В марках деформируемых латуней первые две цифры после буквы «Л» указывают среднее содержание меди в процентах. Например, Л70 — латунь, содержащая 70 % Cu. В случае легированных деформируемых латуней указывают ещё буквы и цифры, обозначающие название и количество легирующего элемента, ЛАЖ60-1-1 означает латунь с 60 % Cu, легированную алюминием (А) в количестве 1 % и железом в количестве 1 %. Содержание Zn определяется по разности от 100 %. В литейных латунях среднее содержание компонентов сплава в процентах ставится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, латунь ЛЦ40Мц1,5 содержит 40 % цинка (Ц) и 1,5 % марганца (Мц)

Деформируемые латуни (двойные) Марка и область применения
Л96 Капиллярные и радиаторные трубки
Л90 Химическое и теплотехническое оборудование, автозапчасти и т.д.
Л70 Гильзы химического оборудования, некоторые штампованные детали
Л68 Практически все штампованные изделия
Л63 Различные автозапчасти, болты, гайки, трубы конденсаторов
Л60 Патрубки с толстыми стенами, автозапчасти и гайки
Деформируемые латуни (многокомпонентные) Марка и область применения
ЛА77-2 Трубы для конденсаторов, применяемые в морской отрасли
ЛАЖ60-1-1 Запчасти для морских судов
ЛАН59-3-2 Запчасти для морских судов, электротехники и химической аппаратуры
ЛЖМа59-1-1 Авиационные и морские детали, вкладыши подшипников
ЛН65-5 Трубки для конденсаторов и манометров
ЛМц58-2 Автозапчасти, арматура, болты и гайки
ЛМцА57-3-1 Запчасти для речной и морской техники
Л090-1 Трубы для конденсаторов теплотехнического оборудования
ЛО70-1 Трубы для конденсаторов теплотехнического оборудования
ЛС63-3 Втулки и часовое производство
ЛС74-3 Втулки и детали для часов
ЛС64-2 Матрицы для полиграфического оборудования
ЛС60-1 Втулки, болты, гайки и зубчатые колеса
ЛС59-1 Втулки, болты, гайки и зубчатые колеса
ЛС59-1В Втулки, болты, гайки и зубчатые колеса. Литейные латуни

Марка и область применения
ЛЦ16К4 Элементы арматуры
ЛЦ23А6Ж3Мц2 Гайки для нажимных винтов и винты червячные (массивные)
ЛЦ30А3 Все детали с повышенными требованиями к сопротивлению коррозии
ЛЦ40С Литые элементы арматуры, подшипники, сепараторы и втулки
ЛЦ40Мц3Ж Детали ответственных узлов для работ в условиях высоких температур (до 300°С)

 

Бронзы.

- медные сплавы, в которых основной легирующий элемент- любой металл кроме цинка.

Оловянистые бронзы

Имеют хорошие литейные кач-ва.

Применяются:

1) Литье элементов сложной формы.

2) Подшипники скольжения

БрОФ10-1 Олова-10% Фосфора-1% Медь- 89%

Алюминиевые бронзы

Однофазные- Алюм. до 9.8%

Двухфазные- Алюм. больше 9,8%

Структура после закалки подобна мартенситной закаленной стали.

Основное применение алюминиевых бронз — для изготовления ответственных деталей машин, работающих при интенсивном изнашивании и повышенных температурах.

Берилиевые бронзы

БрБН1-7 Берилия- 1% Никеля- 7%

Применяют для токоведущих пружин.

Свинцовистые бронзы

БрС30

Высокие антикоррозийные и антифрикционные сво-ва.

Применяют для высоконагруженных подшипников, турбин.

 

Марганцовистые бронзы

Имеют невысокие мех. сво-ва, но сохраняют их при повышенных температурах.

 

Дуралюминий.

Содержит до 4% меди, марганца, магния, железа, кремния.

Д1, 1- № в госте.

Д6, 6- № в госте.

Д16А- повышенного кач-ва.

Используется в самолетостроении.