Конструкционные стали нормальной прочности: углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества и качественные стали. Состав, маркировка, упрочняющая обработка и применение

Билет 1,2

Фазы сплавов: твердые растворы и промежуточные фазы. Влияние химического

Состава на свойства твердых растворов. Промежуточные фазы (электронные

Соединения, фазы Лавеса, фазы внедрения и т.д.) и их влияние на свойства

Сплавов.

Сплав - вещество, содержащее в своем составе два или более компонентов, по крайней

мере, один из которых - металл.

Получают их с помощью спекания или сплавлением. Компонент - вещество,

образующее сплав.

Фаза - однородная, отделенная поверхностью раздела часть металла или сплава,

имеющая одинаковые состав, строение и свойства. Гомогенные вещества имеют одну

фазу, а гетерогенные - несколько фаз.

Структура - строение металла, в котором можно различать отдельные фазы, их форму,

размеры и взаимное расположение. Структура влияет на свойства.

Различные типы кристаллических сплавов. Твердые растворы - кристаллы, у которых один из компонентов образует собственную кристаллическую решетку, а второй присутствует в виде отдельных атомов, то есть собственной кристаллической решетки не имеет. Первый компонент называют растворителем, а второй - растворенным компонентом. Выделяют твердые растворы внедрения и твердые растворы замещения. В твердых растворах внедрения - атомы растворенного вещества размещаются в кристаллической решетке растворителя, внедряясь между узлами.

1. растворенные вещества должны иметь малый атомный радиус (обычно это неметалл);

2. ограниченная растворимость;

В твердых растворах замещения - атомы растворенного вещества замещают атомы

растворителя в узлах кристаллической решетки.

Особенности:

1. растворенное вещество такого же типа, как и растворитель (атомы близки по размеру);

2. часто имеют неограниченную растворимость;

Искажения решетки при образовании твердых растворов внедрения больше, чем при образовании твердых растворов замещения, поэтому у них более резко изменяются и свойства. По мере увеличения концентрации растворенного элемента в твердом растворе заметно возрастают электрическое сопротивление, твердость и прочность, но значительно понижаются пластичность и вязкость.

Промежуточная фаза - кристаллы, образованные различными элементами и имеющие

собственный тип кристаллической решетки, отличающийся от решеток, составляющих

их элементов.

Фазы внедрения. Если отношение Я_Нм/^м < 0,59, образуются промежуточные фазы с

простыми пространственными решетками, в которых атомы неметалла располагаются в

порах.

Фазы внедрения имеют кристаллические решетки (чаще всего плотно упакованные ГЦК

иГП).

Химический состав фаз внедрения указывается формулами: МеХ, Ме₂Х, Ме^Х, МеЛ^,

например: TiC, WC, МоС, Мо₂С, W₂С, Fe±N,ZrH₄.

В фазах внедрения преобладает металлическая связь, чем и определяются такие

свойства, как высокая электропроводимость, положительный коэффициент

электросопротивления. Большинство фаз внедрения чрезвычайно тугоплавки и имеют

высокую твердость, т.к. присутствует значительная доля в фазах внедрения ковалентной

связи.

Карбиды. Я_нм/Д_м > 0,59. Например, Fe₃C_fMnC_fCr₇C₃

Карбиды и нитриды, относящиеся к фазам внедрения, присутствуют в структуре многих

коррозионно-стойких, износостойких и жаропрочных конструкционных сталей.

Отличаются высокой твердостью и хрупкостью, тугоплавки.

Электронные фазы. Для максимального содержания металла более высокой валентности

характерно совершенно определенное значение электронной концентрации (отношение

числа валентных электронов к числу атомов): 3/2, 21/13, 7/4. Данные фазы обозначаются

соответственно /?,у, Ј. В большинстве сплавов -фазы имеют ОЦК решетку, у-фазы

сложную кубическую решетку с 52 атомами в элементарной ячейке и Ј-фазы ГП

решетку.

Механические свойства электронных соединений зависят в значительной мере от

упорядоченности атомов компонентов в кристаллической решетке электронного

соединения.

Фазы Лавеса. Это промежуточные фазы практически постоянного состава ЛВ₂,

образуются при взаимодействии металлов самых различных групп Периодической

системы. При этом атомный радиус растворенного элемента В должен быть меньше,

чем атомный радиус растворителя А на 20-30%.

Фазы Лавеса имеют упорядоченные сложные кубические или гексагональные решетки,

в магнитном поле ведут себя как диамагнетики.

Конструкционные стали нормальной прочности: углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества и качественные стали. Состав, маркировка, упрочняющая обработка и применение.

Углеродистые стали обыкновенного качества. Допускается повышенное содержание вредных примесей, а так же газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями. Наиболее дешевые, технологичные и обладающие прочностью, достаточной для изготовления металлоконструкций различного назначения. Маркируются сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки. Степень раскисления обозначают в спокойных сталях - «сп», в полуспокойных - «пс», в кипящих - «кп». Для всех сталей, кроме СтО, справедлива формула: С(%)^0,07Хномер марки.

Концентрация марганца в стали Ст1 0,25-0,50%, в стали Стб 0,50-0,80%. Три марки

стали производят с повышенным содержанием марганца(0,80-1,1%), на что указывает

буква «Г» в маркировке: СтЗГпс, стЗГсп, Ст5Гпс.

Содержание кремния зависит от способа раскисления стали: у кипящих - не более

0,05%, у полуспокойных - не более 0,15%, у спокойных - не более 0,30%.

Прокат подразделяют на 4 группы: сортовая сталь, листовая сталь, специальные

профили и трубы.

Углеродистые качественные стали. Характеризуются более низким, чем у сталей

обыкновенного качества, содержанием вредных примесей и неметаллических

включений

Маркируются двухзначными числами: 08, 10, 15, 20,..., 60, обозначающими среднее

содержание углерода в сотых долях процента.

Спокойные стали маркируются без индекса, полуспокойные и кипящие соответственно

«пс» и «кп».

Содержание кремния: в кипящих сталях не более 0,30%, в полу спокойных 0,05 - 0,17%.

Содержание марганца повышается по мере увеличения концентрации углерода от 0,25

до 0,80%.

Низкоуглеродистые стали по назначению подразделяют на 2 подгруппы:

1. Малопрочные и высокопластичные.

2. Цементуемые - стали 15, 20, 25. Предназначены для деталей небольшого размера, от которых требуется твердая, износостойкая поверхность и вязкая сердцевина. Поверхностный слой после цементации упрочняют закалкой в воде в сочетании с низким отпуском.

Среднеуглеродистые стали 30,..., 55 отличаются большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые. Их применяют после улучшения, нормализации и поверхностной закалки. В улучшенном состоянии - достигаются высокая ударная вязкость, пластичность и малая чувствительность к концентраторам напряжений.

Конструкционные стали идут на изготовление деталей машин, конструкций и сооружений. Они должны обеспечивать длительную и надежную работу деталей и конструкций в условиях эксплуатации. Поэтому основное требование к конструкционным сталям — комплекс высоких механических свойств.

Билет 3