Классификация сталей по структуре в нормализованном состоянии
Структура сталей после нормализации зависит от суммарного количества в них легирующих элементов (ƩЛЭ), которые сдвигают С-кривую вправо и снижают линии Мн и Мк (рис. 41).
а) б) в)
Рис. 41. Структурные классы сталей в нормализованном состоянии: а – перлитный, б – мартенситный, в – аустенитный
Структурные классы сталей в нормализованном состоянии:
4. Перлитный класс: ƩЛЭ<5%, структура – феррито-карбидные смеси, как правило сорбит пластинчатый;
5. Мартенситный класс: 5%<ƩЛЭ<13%, структура – мартенсит;
6. Аустенитный: ƩЛЭ≥13%, среди которых имеются γ-стабилизаторы структура - АЛЕГ.
Высоколегированные стали, не содержащие γ-стабилизаторов, после нормализации будут иметь ферритную или ледебуритную структуру.
1. Бронзы литейные и деформируемые. Маркировка, состав, структура, свойства.
Бронзы– это сплавы меди с различными элементами: оловом, алюминием, кремнием, хромом, кадмием, бериллием и др. Маркировка бронз начинается с букв Бр, далее следуют буквенные обозначения легирующих элементов, а затем цифры, показывающие содержание каждого элемента. Например, бронза БрОЦС6-6-3 содержит 6%Sn, 6%Zn, 3%Pb, остальное – медь.
Оловянные бронзы
В системе Cu–Sn образуются следующие фазы:
· α-твердый раствор олова в меди;
· химические соединения Cu5Sn (β-фаза), Cu3Sn (ε-фаза), Cu31Sn8 (δ-фаза).
Практическое значение имеют сплавы, содержащие до 10…12%Sn. По содержанию олова бронзы делят на:
· деформируемые, с содержанием Sn до 6%;
· литейные,с содержанием Sn более 6%.
Деформируемые бронзы (БрО5) имеют однофазную структуру α-твердого раствора. Упрочняются холодной пластической деформацией, применяются в виде прутков, лент и проволоки. В отожженном состоянии они обладают высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости, поэтому их используют для изготовления пружин, в электротехнике, химическом машиностроении и др.
Литейные бронзы (БрО10), имеют двухфазную структуру α–твердого раствора с включениями Cu31Sn8, что обеспечивает им высокие антифрикционные свойства. Применяются литейные бронзы для подшипников скольжения ответственного назначения.
Оловянные бронзы дополнительно легируют элементами: Zn, Pb, Ni, P.
Для экономии более дорогостоящего олова в бронзы добавляют 2…15%Zn. Цинк улучшает жидкотекучесть, плотность отливок, повышает механические свойства, способность к сварке и пайке (БрОЦ4-3).
Свинец повышает антифрикционные свойства и улучшает обрабатываемость резанием (БрОЦС4-4-2,5).
Фосфор повышает жидкотекучесть, упругие и антифрикционные свойства (БрОФ6,5-0,4).
Никель способствует измельчению структуры и повышению механических и коррозионных свойств (БрОЦСН3-7-5-1).
Задача: 50ХГА Термообработка: закалка + средний отпуск. Структура - троостит отпуска. Свойства: высокие пределы упругости, текучести и выносливости. Рессорно-пружинные стали должны иметь высокую прокаливаемость, пластичность, вязкость, релаксационную стойкость.
Билет № 20
1. Закалка стали. Назначение процесса. Получаемые структура и свойства. Способы закалки. Достоинства и недостатки каждого из них.
Закалка – нагрев доэвтектоидной стали на 30..50°С выше АС3, заэвтектоидной - на 30..50°С выше АС1, выдержка и последующее охлаждение со скоростью выше критической (Рис. 38, 42). Цель закалки – получение структуры мартенсита.
Структуры сталей после закалки:
· доэвтектоидных - М+АОСТ,
· эвтектоидной - М+АОСТ,
· заэвтектоидных – М+АОСТ+ЦII.
Жаростойкие и коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали. Состав, структура, области применения
Жаростойкость (окалиностойкость) – этостойкость металла против газовой коррозии (окисления) при высоких температурах. При температурах выше 550°С железо окисляется с образованием рыхлого оксида FeO. Для повышения жаростойкости стали легируют хромом, а также дополнительно алюминием и кремнием, которые образуют на поверхности металла плотные оксидные пленки Cr2O3, Al2O3, SiO2, обладающие защитными свойствами. Жаростойкость стали, т.е. максимальная температура, при которой сохраняются защитные свойства пленки, не зависит от структуры стали, а определяется, главным образом, содержанием в ней хрома. Введение в сталь 5…8% Cr (15Х5) повышает жаростойкость до 750°С, 15…17% Cr (12Х17) – до 1000°С, 25…30% Cr (15Х25Т) – до 1100°С.
Жаростойкие стали применяют в условиях высоких температур при небольших механических нагрузках (печное оборудование, электро- нагреватели, теплообменники и др.) Жаростойкие стали используются, как правило, без упрочняющей термообработки. Многие жаростойкие стали одновременно являются и коррозионно-стойкими.
Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали – это стали устойчивые против электрохимической коррозии. Для защиты от электрохимической коррозии в сталь вводят хром в количестве не менее 13%, при этом электрохимический потенциал становится положительным. Необходимо, чтобы хром находился в твердом растворе, для предотвращения связывания хрома в карбиды содержание углерода в стали должно быть небольшим.
По химическому составу нержавеющие стали подразделяют на хромистые и хромоникелевые.
Стали 12Х13 и 20Х13 Хромистые нержавеющие стали
Применяют их для работы в слабоагрессивных средах для деталей, подвергающихся ударным нагрузкам – клапанов гидравлических прессов, предметов домашнего обихода.
1. Диаграмма состояния AI-Cu. Укажите сплавы, подвергаемые термической обработке. Опишите термическую обработку сплава с 4,5% Cu.
Дуралюмины (Д1, Д3, Д6, Д16 и т.п.) – сплавы системы Al-Cu. Основным легирующим элементом является медь. Сплав Д1 содержит 3,8…4,8%Cu, 0,5…1,5% магния, ~0,5% марганца. Согласно диаграмме Al-Cu (рис. 46) в сплавах образуются следующие фазы:
· α – твердый раствор меди в алюминии, максимальная растворимость Cu в Al составляет 5,7%;
· θ –твердый раствор на основе химического соединения СuAl2, содержащего 54,1%Cu.
Структура сплава Д1 в равновесном состоянии (после литья) α + θII, причем частицы θII располагаются по границам зерен и охрупчивают сплав (рис. 47 а).
Рис. 46. Диаграмма состояния Al – Cu
Для упрочнения дуралюминов проводится термическая обработка: закалка + старение. Закалка заключается в нагреве до температуры ~ 500°С, при которой хрупкая избыточная θII-фаза полностью растворяется в α-твердом растворе, быстрое охлаждение фиксирует структуру пересыщенного твердого раствора меди в алюминии (рис. 47б, 48 а).
а) б) в)
Рис. 47. Микроструктуры дуралюмина: а – после литья (α + θII), б – после закалки (α – твердый раствор), в – после закалки и старения
Для повышения прочности закаленного сплава проводят старение. Старение – это упрочнение закаленного сплава за счет распада пересыщенного твердого раствора и выделения избыточных вторичных фаз в мелкодисперсном виде (дисперсионное твердение).
Естественное старениезаключается в выдержке закаленного сплава при комнатной температуре 5…7 суток. Искусственное старение заключается в выдержке при повышенной температуре 100…200°С в течение 10…24 часов.
Задача: 45ХН Термообработка: улучшение(закалка + высокий отпуск), структура сорбит отпуска зернистый
Билет №21
- На диаграмму изотермического распада переохлажденного аустенита нанести режимы охлаждения при отжиге, нормализации, закалке. Назначение этих процессов. Получаемые структура и свойства.
Цель отжига – получение равновесной структуры. Это достигается путем медленного охлаждения детали вместе с печью (рис. 38). Структуры сталей после отжига соответствуют равновесной диаграмме состояния (Fe-Fe3C):
· доэвтектоидных - П+Ф,
· эвтектоидной – П,
· заэвтектоидных – П+ЦII.
Нормализация – это нагрев доэвтектоидных сталей на 40…50 °С выше АС3, заэвтектоидных – на 40..50°С выше АСm, выдержка и последующее охлаждение на спокойном воздухе
Закалка – нагрев доэвтектоидной стали на 30..50°С выше АС3, заэвтектоидной - на 30..50°С выше АС1, выдержка и последующее охлаждение со скоростью выше критической (Рис. 38, 42). Цель закалки – получение структуры мартенсита.
Структуры сталей после закалки:
· доэвтектоидных - М+АОСТ,
· эвтектоидной - М+АОСТ,
· заэвтектоидных – М+АОСТ+ЦII.
Стали для режущего инструмента, их состав, маркировка, термообработка, структура и применение