lectures (Лекции), страница 6

Без «А» – сталь качественная (S, P < 0,045%).Легированные стали.Легированной называется сталь, содержащая в своем составе один или несколькоспециально введенных легирующих элементов в количестве, заметно изменяющем свойствастали.Принципы маркировки стали:Марка легированной стали – буквенно-цифровой код ее химического состава.Каждый элемент обозначается заглавной буквой русского алфавита:а) по первой букве русского названия Н – Ni; В – W; Т – Ti; Х – Cr; М – Mo; Г – Mn; Д– Cu; Ю – Al; А – N; Б – Nb;б) по первой букве латинского названия С – Si;в) просто условное обозначение Ф – V;25CrNi}= 13%= 8%}37Х13Г8Н8Марка легированной стали: {{C =0,37%Mn = 8%МФБ123Mo < 1,5%; V < 1,5; Nb <1,5%Если число соответствующее содержанию углерода двухзначное, то это содержаниеуглерода в сотых долях процента, если в единицах, то это содержание углерода в десятыхдолях процента.Классификация сталей.а) По назначению:– конструкционные (строительные и машиностроительные);– инструментальные (штамповые);– стали с особенными свойствами (нержавеющие, жаропрочные, немагнитные);б) По степени легированности:– низколегированные 0% ≤ ∑ л.э.

≤ 2,5%–среднелегированные 2,5% ≤ ∑ л.э. ≤ 10%– высоколегированные 10% ≤ ∑ л.э. ≤ 55%в) По числу компонентов:– трехкомпонентная сталь (40X13 – Fe + C + Cr);– четырехкомпонентная сталь (15XM);– пяти компонентеая сталь (25X1М1Ф);– многокомпонентная сталь (37Х13Г8Н8МБФ);г) По микроструктуре после нормализации выделяют пять основных классов стали:– перлитный– мартенситный– аустенитный– карбидный– ферритныйНормализация – термообработка, состоящая из: нагрева выше критическойтемпературы и охлаждении на воздухе при нормальных условиях (20° C). Особая средитемператур охлаждения, при которой решающее влияние на структуру стали оказываетхимический состав.Все легирующие элементы, кроме алюминия и кобальта, повышают устойчивостьаустенита при температуре ниже критической.Проявление устойчивости при t < 727° C:а) увеличивается продолжительность инкубационного периода до распада аустенита(кривые сдвигаются вправо);б) понижение температуры мартенситного превращения.Перлитный класс(низколегированные стали)Мартенситный класс(среднелегированные стали)Аустенитный класс(высоколегированные стали)Влияние некоторых основных легирующих элементов на свойства сталей.1.

Никель. Никель образует твердые растворы внутри легированных сталей,повышается прочность стали, ее устойчивость к высоким температурам (никель – сильныйаустенизатор).2. Хром. Если содержание в стали хрома больше 12%, то сталь – нержавеющая (при26условии растворения хрома в кристаллической решетке железа). Хром – сильнокарбидообразующий элемент.

Из-за образования карбидов коррозионная стойкость сталиможет уменьшаться. В стали 12Х18Н10Т предотвращено образование карбидов хрома назернах.3. Вольфрам. Вольфрам повышает твердость и прочность стали. Сильнокарбидообразующий элемент. Карбиды вольфрама устойчивы и действуют при температуревыше температуры применения. Вольфрам используют для изготовления инструментальныхсталей.4. Ванадий. Ванадий повышает устойчивость к циклическим нагружениям и высокимтемпературам.5.

Марганец. Марганец способствует повышению твердости и прочности,обеспечивает высокую вязкость сталей.6. Кремний. Кремний – ферритизатор – повышает устойчивость феррита при высокихтемпературах, то есть такая сталь обладает хорошими электро-магнитными свойствами(феррит – сильный ферромагнетик). Стали с высоким содержанием кремния используютсядля изготовления сердечников для электроприборов.Карбидообразующие элементы и их влияние на свойства стали.Карбидообразующие элементы: хром, вольфрам, титан.Прииспользованиикарбидообразующихэлементовувеличивается устойчивость аустенита, особенно в диапазонеоколо 500° C.

Выделяют стали карбидного типа.Карбидообразующие элементы изменяют тип диаграммыжелезоцементит. В результате стали с повышеннымсодержанием углерода приобретают структуру, аналогичнуюбелому чугуну: в структуре появляется ледебуритная эвтектика скарбидами легирующих элементов и железа.Алюминий и сплавы на его основе.Содержание алюминия в земной коре – около 7%.Положительные свойства алюминия:– дешевизна;– хорошо отработанные технологии получения;– низкий удельный вес (2,7 г/см3);– высокая пластичность;– высокая тепло- и электропроводность;– коррозионная стойкость (наличие оксидного слоя Al2O3);Отрицательные свойства алюминия:– низкая прочность (σв = 100 МПа);– плохие литейные качества;– требует специальных методов пайки и сварки;Алюминий применяется как конструкционный материал. Из него изготавливаютслабонагруженные детали в химических аппаратах.Маркировка алюминия:МаркаА999А95А7А0AПримеси, %0,0010,050,31,02,0Al, %99,99999,9599,799,098,0Основные цели легирования алюминия: повышение прочности, улучшение литейныхкачеств.

Основные легирующие металлы: медь, магний, марганец.Обобщенная диаграмма состояния сплавов алюминия с легирующими элементами.27(1) – Деформируемые сплавы: (1а) – деформируемые неупрочняемые сплавы; (1б) –деформируемые упрочняемые сплавы; (2) – Литейные сплавы.Деформируемые неупрочняемые сплавы: (Al + Mg, Mg < 6%; Al + Mn, Mn < 1,5%).Особенность: Однородная структура, α твердый раствор легирующих элементов валюминии.

Цель легирования: повышение прочности (σв = 200 МПа). Детали из такихсплавов сохраняют пластичность алюминия, используются для слабонагреваемых деталей,получаемых методом пластичного деформирования.Маркировка: АМг6 (6% Mg); АМц (1% Mn).Деформируемые упрочняемые сплавы: (Al + Cu + Mg – дюралюминий).

Особенность:Если в литом состоянии алюминий легирован медью и магнием, то сплав похож напредыдущий (при литье σв = 200 Мпа). Такой сплав подвергается термическомуупрочнению. Процесс упрочнения состоит в следующем: закалка и старение. DF – линияпредельной растворимости.Закалка – нагрев выше температуры DF и охлаждение со скоростью вышекритической; результат – образование пересыщенного твердого раствора меди в алюминии(после закалки σв = 250 Мпа).Старение – выдержка при нормальной или повышенной температуре.За счет диффузии атомы легирующего элемента перемещаются и образуют внутрикристаллические зоны с повышенной концентрацией, в результате эти зоны играют рольбарьеров при деформации кристаллов (σв = 500–550 МПа).Старение при нормальной температуре – естественное старение.Старение при повышенной температуре – искусственное старение.При искусственном старении увеличение времени выдержки может привести кобразованию вторичных β- кристаллов и падению предела прочности до σв = 200 Мпа.Маркировка: Д2; Д16 (2 и 16 в данном случае номера сплавов).Литейные сплавы: (Al + Si, Si < 13% – силумин).– Узкий температурный диапазон кристаллизации;– Жидкотекучесть;– Малая усадка;28Желательно брать сплав до линии эвтектики, но не желательно переходить вправочерез нее.В этой области:– Крупные кристаллы эвтектики;– Наличие в эвтектике хрупких и непрочных кристаллов кремния;Поэтому у силумина: практически отсутствует пластичность, σв = 150–170 Мпа.

Засчет модифицирования свойства сплава могут быть улучшены. Модификаторы (0,5% Na илиLi) способствуют появлению мелкой эвтектики.Маркировка: АЛ2 (алюминий литейный, 2 – номер сплава).Медь и сплавы на ее основе.Медь и ее особенности:– высокая пластичность;– высокая тепло- и электропроводность;– низкая прочность (σв = 200 Мпа);– очень высокая стоимость;Медь используется в основном дляэлектротехнических приборах.Маркировка:МаркировкаМ00М0Примесей, %< 0,01< 0,05изготовленияМ1< 0,1ведущихчастейв…Основные цели легирования меди: повышение прочности, снижение стоимости засчет использования более дешевых легирующих элементов.Латунь.Латунь – сплав меди и цинка (до 45% цинка).Существует однофазная (содержит α-твердый растворцинка в алюминии, Zn < 39%) и двухфазная(содержит α-твердый раствор и β-твердый растворцинка в алюминии, 39% < Zn < 45%) латунь.Назначение сплава: обработка давлением,литье.

Цинк способствует повышению прочности итвердости меди; при содержании цинка до 39% –обеспечивается высокая пластичность меди.Маркировка: Л61: 61% Cu + 39% Zn; ЛАЖ601-1: 60% Cu + 1% Al + 1% Fe + 38% Zn.Особенности маркировки меди: обозначениялегирующих элементов меди не совпадают собозначением легирующих элементов в сталях.Большинство дополнительных элементов влияет на механические свойства латуни29аналогично цинку.Бронзы.Бронза – сплав меди с любым легирующим элементом кроме цинка.Основные легирующие элементы: олово, свинец, алюминий (соответственнополучается оловянная бронза, свинцовая и алюминиевая).Классификация: БрОФ10-1: 10% Sn + 1% P + 89% Cu; БрС30: 30% Pb + 70% Cu;БрАЖН10-4-1: 10% Al + 4% Fe + 1% Ni + 85% Cu.Бронза обладает твердостью, прочностью, хорошими литейными характеристиками.30.