Силаева_Помельникова_Констр_материалы (В.И. Силаева, А.С. Помельникова, М.В. Унчикова - Конструкционные материалы общего и специального назначения), страница 2

Одним изспособов предотвращения МКК является легирование стали сильным карбидообразующим элементом (титаном, ниобием) в количестве, не превышающем 0,25 %, связывающим весь углерод вкарбид, при этом весь хром остается в твердом растворе. Такиестали (12Х18Н10Т, 12Х18Н12Б) называют стабилизированными.Хром является основным элементом, повышающим не толькокоррозионную стойкость, но и жаростойкость сталей. Чем большесодержание хрома, тем выше рабочая температура. Дополнительное легирование сталей кремнием (до 2…3 %) и алюминием (до1…2 %) способствует увеличению жаростойкости, поэтому в некоторые стали аустенитного класса (20Х25Н20С2, 36Х18Н25С2)вводят кремний, который улучшает защитные свойства поверхностных оксидов.1.2.

Описание лабораторного оборудованияДля исследования микроструктуры легированных сталей используют компактный инвертируемый микроскоп GX-41 (рис. 1.4).Он позволяет изучать образцы в светлом поле и простом поляризованном свете.Ниже приведены основныетехнические характеристикимикроскопа GX-41:Увеличение ............... 50…1 000Мощность источникасвета (лампы накаливания), Вт ..................30Диапазон перемещения предметного столика по осям Х, Y, мм120, 78Максимальная нагрузка на предметный столик, г ............До 400Габаритные размеРис. 1.4.

Общий вид металлографиче- ры, мм ........................ 29055778Масса, кг ...................10ского микроскопа GX-4110Увеличение микроскопа GX-41 можно определить как произведение увеличений объектива (5, 10, 20, 50, 100) и окуляра(10).1.3. Задачи и порядок проведения исследованийВ ходе экспериментальной части работы должны быть решеныследующие основные задачи.1. По химическому составу определить марки легированныхконструкционных сталей. Сделать вывод о качестве стали.По химическому составу легированных сталей и в соответствии с принципом маркировки следует определить марки качественных и высококачественных сталей (см. приложение).2.

Подготовить микроскоп к работе. Подготовку микроскопа выполнить в следующем порядке:• ознакомиться с инструкцией по технике безопасности при работе на микроскопе;• установить объектив через отверстие в предметном столикедля получения увеличения 500;• включить микроскоп, повернув выключатель на боковой панели штатива в положение ON (включен);• установить образец на плату предметного столика, соответствующую размеру образца;• с помощью рукояток грубой и тонкой настройки добитьсярезкости изображения структуры;• настроить межзрачковое расстояние, перемещая оба окуляравверх и вниз до тех пор, пока изображение, видимое в правом илевом поле зрения, не совпадет полностью.3.

Изучить микроструктуру и определить структурныйкласс стали в нормализованном состоянии.Следует изучить микроструктуру и зарисовать ее в таблице отчета, указать фазовый состав, определить структурные классы сталей, исходя из влияния легирующих элементов на фазовые превращения. Сделать вывод о влиянии химического состава наструктурный класс.4. Определить типичную термическую (химико-термическую) обработку, область применения изучаемых сталей.Следует изучить виды термической обработки и свойства сталей различных структурных классов. Определить типичную11упрочняющую термическую (химико-термическую) обработкуконкретной стали и получаемую структуру.

Занести сведения втаблицу отчета.5. Сделать вывод о влиянии легирующих элементов наструктуру и свойства сталей.Вопросы для самоконтроляи подготовки к защите лабораторной работы № 11. Как маркируют конструкционные легированные стали?2. На какие категории подразделяют легированные конструкционные стали по качеству?3. На какие классы подразделяют легированные конструкционные стали по структуре после отжига и после нормализации?4. Как влияют легирующие элементы на прокаливаемость?Назовите закалочные среды для сталей перлитного и мартенситного классов.5. Какие стали называют улучшаемыми? Какую структуруимеют стали после улучшения? Для каких деталей применяютулучшаемые стали?6. Какие стали называют цементуемыми? Укажите вариантытермической обработки после цементации.

Опишите структуруповерхностного слоя и сердцевины после химико-термической обработки. Для каких деталей применяют цементацию?12Лабораторная работа № 2ЦВЕТНЫЕ СПЛАВЫ2.1. Краткая характеристика цветных сплавовМедные сплавыМедь обладает высокой тепло- и электропроводностью, пластичностью и коррозионной стойкостью (в пресной и морской воде,в атмосферных условиях, органических кислотах, едких щелочахи т. д.). Примеси As, Fe, Si, Pb, Bi и другие снижают эти свойства.Медь обладает хорошей технологичностью.

Она прокатываетсяв тонкие листы, ленту, хорошо поддается полировке, пайке и сварке, но плохо обрабатывается резанием.Сплавы на медной основе сохраняют все положительные качества меди и, кроме того, обладают хорошими механическими, технологическими и антифрикционными свойствами. Для легирования медных сплавов в основном используют элементы, растворимые в меди: Zn (Ц), Sn (О), Al (А), Be (Б), Si (К), Mn (Мц) и т. д.В скобках приведено обозначение элемента в марке. Повышаяпрочность медных сплавов, легирующие элементы практически неснижают, а некоторые из них, до определенных концентраций,увеличивают пластичность.Медные сплавы подразделяют на латуни и бронзы, деформируемые и литейные, упрочняемые и не упрочняемые термическойобработкой, однофазные и двухфазные.Латунями называют сплавы меди с цинком.

Латуни подразделяют на двойные (простые) и легированные (многокомпонентные).Двойные деформируемые латуни маркируют буквой Л (латунь) ичислом, показывающим среднее содержание меди в процентах(например, Л68). В марках многокомпонентных латуней после13буквы Л стоят буквы, обозначающие легирующие элементы, следом указаны числа, соответствующие процентному содержаниюмеди и легирующих элементов.Буквенное обозначение элементов, как правило, отличается отпринятого при маркировке сталей. Так, марганец Mn обозначаютбуквами Мц, кремний Si — буквой С, железо Fe — Ж, алюминийAl — А, олово Sn — О.

Например, деформируемая латунь маркиЛ070-1 содержит 70 % Cu, 1 % Sn, остальное — Zn.В марках литейных латуней за буквой Л стоит буква Ц (цинк)и приведено его содержание, а количество каждого легирующегоэлемента указывают за буквой, обозначающей его название.Например, литейная латунь марки ЛЦ40Мц3А содержит 40 % Zn,3 % Mn, 1 % Al, остальное — Cu.Медь и цинк образуют твердый раствор с предельной концентрацией 39 % (рис.

2.1). При большем содержании цинка в структуре латуней появляется β-фаза (электронное соединение CuZn, вкотором при температуре 454…468 °С происходит упорядочениеβ-фазы, сопровождающееся повышением твердости и хрупкостилатуни. Упорядоченную β-фазу обозначают β. В отличие от равновесного состояния в реальных условиях охлаждения β-фаза появляется в структуре латуней при содержании цинка около 30 %.Рис. 2.1.

Диаграмма состояния системы Cu–Zn (а) и влияние цинкана механические свойства латуней (б)14Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшаетих обрабатываемость резанием, способность прирабатываться ипротивостоять изнашиванию, но уменьшает теплопроводность иэлектропроводность, ухудшает коррозионную стойкость.Практическое значение имеют латуни, содержащие до 45 % Zn.По структуре их подразделяют на однофазные и двухфазные (соответственно α-латуни и (α + β)-латуни). Однофазные латуни обладают лучшей пластичностью и хорошо деформируются в холодном состоянии. Их выпускают в виде лент, проволоки, полос, листов, из которых изготовляют сильфоны, трубопроводы, шайбы,уплотнительные кольца, патронные гильзы и др. Двухфазные латуни имеют более высокую прочность и твердость.

Они малопластичны, и поэтому их выпускают в виде горячекатаного полуфабриката (листы, прутки, трубы, штамповки), из которых изготовляютвтулки, тройники, штуцеры, токопроводящие детали электрооборудования и др.Бронзами называют сплавы со всеми элементами, в которыхцинк не является основным легирующим элементом. Наименование бронзы определяется названием основного легирующего элемента (алюминиевые, бериллиевые, кремнистые, свинцовые и др.).Бронзы деформируемые маркируют буквами Бр (бронза), за которыми следуют буквы, обозначающие название элементов, а затемцифры, указывающие их количество (в процентах).

Например, деформируемая бронза марки БрОЦ4-3 содержит 4 % Sn, 3 % Zn.В марках литейных бронз количество каждого легирующего элемента указывают сразу после буквы, обозначающей его название,например, литейная бронза марки БрО6Ц6С3 содержит 6 % Sn,6 % Zn, 3 % Pb, остальное — медь.Оловянные бронзы (сплавы системы Cu–Sn) склонны к неравновесной кристаллизации, в результате чего предельная растворимость олова в меди значительно уменьшается, и при содержанииолова более 5…6 % в сплавах появляются эвтектоид [α + δ] иδ-фаза (электронное соединение Cu31Sn8) (рис.

2.2). Появление вструктуре бронз твердой и хрупкой δ-фазы вызывает резкое снижение их пластичности. В связи с этим практическое значениеимеют бронзы, содержащие до 10 % Sn, а в стандартизованныхбронзах в целях экономии дорогостоящего олова его содержаниесокращено до 3…6 %.15Рис. 2.2. Диаграмма состояния системы Cu–Sn (а) и влияние олована механические свойства бронз (б)В настоящее время применяют оловянные бронзы, легированные Zn, Pb, P и Ni.

Цинк (2…15 %) удешевляет бронзы и улучшаетих механические и технологические свойства. Свинец (1…20 %)улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием, фосфор — литейные, упругие и антифрикционные свойства,никель — механические и антикоррозионные свойства.Литейные бронзы, как правило, имеют двухфазную структуру,деформируемые — однофазную.Благодаря ярко выраженной дендритной ликвации даже однофазные (а тем более двухфазные) оловянные бронзы имеют хорошие антифрикционные свойства. Для оловянных бронз характернавысокая тепло- и электропроводность, коррозионная стойкость,а для деформируемых — еще и высокие упругие свойства и сопротивление усталости.Алюминиевые бронзы характеризуются высокими механическими, антикоррозионными и удовлетворительными антифрикци16онными свойствами.

Небольшой интервал кристаллизации обеспечивает им высокую жидкотекучесть, концентрированную усадку ихорошую герметичность.Предельная растворимость алюминия в меди составляет 9,4 % ,но в реальных условиях охлаждения при содержании 6…8 % Al вструктуре сплавов появляется эвтектоид [α+γ] (рис.