Жаростойкие и коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали. Состав, структура, области применения.

Коррозией называют разрушение металла под действием окружающей среды. Различают 2 основных вида коррозии: химическая и электрохимическая. Химическая коррозия протекает при воздействии на металлы газов (газовая коррозия) и неэлектролитов. Электрохимическая коррозия вызывается действием электролитов: кислот, щелочей, солей. Разновидностями электрохимич коррозии являются атмосферная и почвенная коррозии. Жаростойкие (окалиностойкие) стали- стали устойчивые против газовой коррозии. Они примен в услов высоких температур при сравнительно низких механич нагрузках, например для деталей печного оборудования.

Жаростойкость – стойкость металлов и сплавов против окисления при высоких температурах. Железо и углерод стали активно окис при 550. Повыш жаростойкости достиг путем введения элем-ов, образующ на поверхности металла плотные оксидные пленки, защищающие от окисл. Эти элем-ты: хром, алюминий, кремний. Характиристикой жаростойкости явл максимальная температура, при которой защитная пленка не теряет св-в. Жаростойкость зависит от концентрации ЛЭ. Многие жаростойкие стали могут примен как коррозионно-стойкие и как жаропрочные.(12Х13) Коррозионно-стойкие стали – устойчивые против электрохимич коррозии. Хромистые нержавеющие стали Чем больше содерж хрома в стали тем больше стойкость против коррозии. По содерж хрома бывают 13% и 17% и 25%. Стали, сод 13% различаются содержанием углерода: 12Х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13. сталь 12Х13 в равновесном сост относится к полуферитн классу, в нормализов имеет ферритно-мартенситную стр-ру. Более высокоуглеродистые стали относ к перлитному классу. После охлаждения на воздухе они относятся к мартенситному классу. Эти стали подверг ТО: низкоуглерод 12Х13 и 20Х13 – З+В.О., 30Х13 и 40Х13 – З+Н.О. Чем больше содерж углерода тем ниже коррозионная стойкость изза образов К хрома, но выше прочность и твердость стали. Эти стали примен для изготовления хирургич инструментов. Стали с более высоким содерж хрома: 17% - 12Х17 и 25-28% - 15Х25Т, 15Х28 относятся к ферритному классу, они не испыт полиморфного превращ, не упрочняются ТО. Их примен без ТО или после отжига. Низкоуглеродистые высокохромистые стали обладают более высокой коррозионной стойкостью, в том числе в агрессивных средах, поэтому их иногда называют кислостойкими. Применяются для изготовления оборудования заводов пищевой и легкой промышленности.

 

1. Диаграмма состояния AI-Cu. Укажите сплавы, подвергаемые термической обработке. Опишите термическую обработку сплава с 4,5% Cu.

Сплавы подвергаемые То –это те сплавы попад в птичку(α)

То: закалка+старение (темп 500 –вода-α пересыщенное)

Старение заключается в выдержке закаленного сплава при комнатной температуре 5…7 суток (естественное старение) или 10…24 ч при повышенной температуре 100…200'С (искусственное старение)в процессе старения происходит распад пересы-щенного твердого раствора, который идет в несколько стадий в зависимости от температуры и продолжительности старения:
I стадия старения - образование зон Гинье-Престона (зонное старение)Эта стадия наиболее характерна для естественного(при 20*С) или низкотемпературного искусственного старе-ния (ниже 100…150C). Вследствие диффузионных процессов атомы меди перемещаются внутри кристаллической решетки а твердого раствора на весьма малые расстояния и образуют скопления. Эти скопления - зоны Гинье-Престона (зоныГП) имеют форму плоских дисков, равномерно распределенных в пределах кристалла. При незначительных выдержках и малых темперетурах образуются зоны ГП, которые имеют концентрацию меди меньше, чем CuAl2. Увеличение времени выдержкиили температуры старения приводит к укрупнению
зон Гинье-Престона, концентрация меди в скоплениях приближается к ее Образование зон Гинье-Престона вызывает искажение кристалли-
ческой решетки и следовательно повышение прочности сплава

II стадия старания - образование метастабильной O' (тета)-фазы (фазовое старение). По мере выдержки сплава при повышен ных температурах на базе зон Гинье-Престона образуются дисперсные частицы промежуточной O'-фазы с кристаллической
решеткой, отличающейся от решетки твердого раствора. Промежуточная фаза имеет отличную от стабильной (O(тета)-фазы) кристаллическую решетку

и сохраняет когерентную связь с решеткой а-твердсго раствора Это усиливает искажения кристаллической решетки, твердость и прочность сплава повышается (рис 105), пластичность падает.

III стадия старения - образование стабильной О-фазы (коагуляционное старение). При дальнейшей выдержке происходит срыв когерентности, коагуляция метастабильной фазы и образование стабильной О-фазы CuAl2, (рис. 104г). Искажения кристаллической решетки частично снимаются и прочность сплава понижается (рис 105).

Состаренные сплавы можно подвергать обработке

на возврат которая состоит в кратковременной выдержке сплава (2…3 мин) при 230…250"С. Во время нагрева рассасываются зоны Гинье-Престона и восстанавливается пластичность свежезакаленного состояния. При последующем вылеживании сплава при комнатной температуре вновь происходит образование зон ГП-1 и упрочнение сплава

1. Коленчатый вал изготовлен из стали 45. Выбрать режим термической обработки вала для получения вязкой сердцевины (ударные нагрузки) и высокой износостойкости шеек. Обосновать свой выбор. Указать структуры на поверхности шеек и в сердцевине вала

Улучшение(нормализация)+закалка ТВЧ+НО. Структура=поверхность М+Аост, сердцевина Сотп(Спласт+Ф)

 

Билет №21

1. На диаграмму изотермического распада переохлажденного аустенита нанести режимы охлаждения при отжиге, нормализации, закалке. Назначение этих процессов. Получаемые структура и свойства.

Отжиг закл-ся в нагреве стали до определенной тем-ры,выдержке и послед-ем медленном охлаждении.Охлаждение происходит вместе с печью. Цель- получение равновесной структуры.

-Ф+П- в доэвтектоидных сталях(Ф+П)

-П- в эвтектоидных сталях(П)

-П+Ц2 – в заэвтектоидных сталях

Нормализация заключается в нагреве доэвтектоидной стали до тем-ры на 40-50С выше Ас3, заэвтек-ной – на 40-50С выше Асm, выдержке и охлаждении на воздухе. Нормализация вызывает полную перекристаллизацию стали, устраняет крупнозернистую структуру. Быстрое охлаждение на воздухе приводит к распаду А при более низких тем-рах, что повышает дисперсность ф-ц смеси.После нормализации получаются структуры:

С+Ф – в доэв-ных сталях;

С- в эвтектоидных;

С+Ц2 – в заэвт-ных..

Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали: для низкоуглеродистых(до 0,3%)- нормализ-ю применяют вмсто отжига, она явл-ся более экономичной,т.к. меньше времени затрачивается на охлаждение стали. Для среднеуглеродистых(0,3-0,5%)- нормализ-ю применяют вместо закалки и высокго отпуска(улучшения), снижается ударная вязкость. Для высокоуглеродистых(заэв-ных) – нормализ-ю применяют перед последующей термообработкой для устранения цементитной сетки. Для высоколегированных – нормализ-я может применяться вместо закалки, т.к. охл-е таких сталей на воздухе обеспечивает получение структуры М.

Закалка заключается в нагреве доэвт-ных сталей на 30-50С выше Ас3, заэв-ных на 20-30С выше Ас1,выдерже и послед охл-и со скоростью выше критической. Цель: получение структуры мартенстита. Закалка не явл-ся окончательной операцией, чтобы уменьшить хрупкость и напряжение, получить требуемые мех-кие сво-ва, сталь после закалки подвергают отпуску.

 

 

1. Стали для режущего инструмента, их состав, маркировка, термообработка, структура и применение.

Основные требования:

Высокая твердость режущей кромки,

Износостойкость,

Теплостойкость(красностойкость) – способность стали сохранять высокую твердость при нагреве.

Углеродистые стали: У7…У13 (У8А…У13А)

ТО: закалка+СО на тростит(для У7 – У9)

Для У10-У13 закалка+НО, структура: Мотп+Ц2+Аост, HRC= 62…62.

Обладают малой прокаливаемостью и теплостойкостью.

Низколегированные стали: 9ХС, ХВГ, 11ХФ. Обладают более высокой прокаливаемостью.

ТО: закалка+НО, структура: Мотп+К+Аост, HRC= 62…65.

Быстрорежущие стали.

Обладают высокой теплостойкостью.

Содержится в среднем 0,8%С, 4,2% Сr,1…2% V, основной ЛЭ – вольфрам, его кол-во указывается в марке стали: Р9.

Структурный класс быстрорежущих сталей в равновесном состоянии – ледебуритный.

 

1. Расшифровать состав сплавов Л80, ЛС59-1, БрАЖН 10-4-4, БрС30. Описать их структуру. Области применения этих сплавов.

Л80

Структура: однофазная со структурой альфа твердого раствора.

Применение: ленты, листы, полосы, проволки, музыкальные инструменты.

Состав: Cu 80%, Zn 20%.

 

ЛС 59 – 1

Строение: двухфазная альфа + бета штирх.

Применение: ленты, трубы, полосы, прутки, проволки.

Состав: Cu 59%, Zn 41%, Pb 1%.

 

БрАЖН 10 - 4 - 4

Структура: двухфазная.

Применение: шестерни, фтулки, фланцы.

Состав: Al 10%, Fe 9%, N 9%.

 

БрС 30

Применение: подшипники.

Состав: 30% Pb, остальное медь

1. Какой пластической деформацией (холодной или горячей) следует считать прокатку олова и стали при комнатной температуре, если t_пл^Sn = 232°С, t_пл^Cт»1500°С.

Комнатная температура = 18грд.

Тн.к.=альфа*Тпл.,альфа – коффициент, зависящий от состава и степени его чистоты.

Тн.к=0,4*232=92.8 К(для олова, альфа=0,4)

Тн.к=0,6*1500=900 К (для стали, альфа=0,6)

 

92,8-273= -180,2 < комнатной температуры,следовательно горячая деформация.

900-273=627 > комнатной температуры, следовательно холодная деформация.

Билет №22.

1. Превращение аустенита в мартенсит. Особенности этого превращения. Строение и свойства мартенсита. Температуры Мн и Мк, от чего они зависят?

М-упорядоченный пересыщенный углеродом ТВ. Раствор внедрения углерода в альфа железо. М- решётка тетрагональная.

Механизм: бездиффузионный. Смещение атомов на расстояния,не превышающие межатомные. М имеет больший удельный объём по сравнению с А, поэтому в процессе роста мартенситного кристалла увеличиваются упругие напряжения, что приводит к пластической деформации. Первые иглы м имеют длину, соответственную поперечному размеру исходного зерна аустенита. Иглы под углом 60 или 120.

Мартенситное превращение при непрерывном охлаждении А и ниже температуры Мн. Окончание при Мк.

Остаточный А.- М превращение не идёт до конца. Между иглами М зажат А (1..3%). Кол-во его влияет на положение Мн и Мк.

При сод. С более 0,6 Мк смещается ниже 0. Чем больше в стали С и ЛЭ, тем ниже Мк, значит больше Аост.

М-высокая твёрдость и хрупкость.

 

 

 

1. Азотирование и нитроцементация сталей. Применяемые стали. Термическая обработка. Получаемые структура и свойства.

Азотирование – диффузионное насыщение поверхностного слоя стали азотом.

Проводится при температуре 480-600 град.

Переел азотирование проводится ТО, как правило, улучшение (закалка+ВО), с целью повышения прочости и вязкости сердцевины за счет формирования сорбита зернистого.

Азотирование повышает твердость, износостойкость, предел выносливости. Сопротивление коррозии.

Нитроцементация – процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом.

Проводят при температурах 850-870 в газовой среде, состоящей из науглероживающего газ и аммиака.

После нитроцементации проводится закалка в масле + НО.

Структура: мелкоигольчатый мартенсит, Аост, сердцевина – С, Б или малоуглеродистый М.

Обладают высоким пределом выносливости, контактной прочностью, износостойкостью.

1. Титан и его сплавы. Их достоинства и недостатки. Маркировка. Влияние легирующих элементов на структуру в равновесном состоянии. Термическая обработка титановых сплавов.

Титан – металл серебристо-белого цвета. Температура плавления титана зависит от степени чистоты и находится в пределах 1660…1680^oС.

При температуре 882^oС титан претерпевает полиморфное превращение, α–титан с гексагональной решеткой переходит в β– титан с объемно-центрированной кубической решеткой.

Титановые сплавы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими: сочетание высокой прочности (σ_в=800…1000 МПа) с хорошей пластичностью (δ=12…25%); малая плотность, обеспечивающая высокую удельную прочность; хорошая жаропрочность, до 600…700^oС;

высокая коррозионная стойкость в агрессивных средах.

Основным недостатком титановых сплавов является плохая обрабатываемость резанием и склонность к насыщаемости газов.

По влиянию на температуру полиморфного превращения ЛЭ титановых сплавов можно разделить на 3 группы:

1. альфа-стабилизаторы - алюминий, азот, кислород. Они увеличивают температуру полиморфного превращения и расширяют область альфа-титана.

2. нейтральные элементы: олово.

3. бета-стабилизаторы - хром, вольфрам, молибден, ванадий, марганец, железо. Они снижают температуру полиморфного превращения и расширяют область бета-титана.

В зависимости от типа и кол-ва ЛЭ титановые сплавы по структуре делятся6

1. альфа-сплавы: основным ЛЭ яв. алюминий + небольшое кол-во бета-стабилизаторов. Например: ВТ5 9(Ti +5%Al). Не упрочняются ТО. Структура: однофазный альфа-тв. раствор ЛЭ в альфа-Ti

2. бета-титановые сплавы: содержат большое кол-во бета-стабилизаторов.

3.

Альфа+бета-титановые сплавы: содержат алюминий и бета-стабилизаторы с концентрацией К-С. Например: ВТ6 (Ti+ 6% Al+ 4,5% V). ТО: закалка с послдующим старением.

Области применения титановых сплавов:

• авиация и ракетостроение (корпуса двигателей, баллоны для газов, сопла, диски, детали крепежа);
• химическая промышленность (компрессоры, клапаны, вентили для агрессивных жидкостей);
• оборудование для обработки ядерного топлива;
• морское и речное судостроение (гребные винты, обшивка морских судов, подводных лодок);
• криогенная техника (высокая ударная вязкость сохраняется до –253^oС).

 

1. Шейка коленчатого вала должна иметь износостойкую поверхность и высокий комплекс механических свойств в сердцевине. Выбрать сталь, обосновать режим термической обработки, описать получаемые структуру и свойства.

Улучшаемая, хромованадиевая: 40ХФА, ТО:улучшение(норм)+Закалка твч+Но,структура=поверхность М+Аост,сердцевина Сотп.

№23