Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Нихромы с железом называют ферронихромами,



Содержание


1.Сплав.
2.Виды сплавов.
3.Свойства сплавов.
4.Сталь.

Жаропрочные стали и сплавы.

6. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами.
7. Список использованной литературы

1. Сплав макроскопически однородный металлический материал, состоящий из смеси двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов.


Сплавы состоят из основы
(одного или нескольких металлов), малых добавок специально вводимых в сплав легирующих и модифицирующих элементов, а также из не удаленных примесей (природных, технологических и случайных).
Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В технике применяется более 5 тыс. сплавов

2. По способу изготовления сплавов различают литые и порошковые сплавы.

 

2.1. Литые сплавы получают кристаллизацией расплава смешанных компонентов.

 

2.2. Порошковые прессованием смеси порошков с последующим спеканием при высокой температуре.

 

Компонентами порошкового сплава могут быть не только порошки простых, но и порошки химических соединений.

 

Например, основными компонентами твердых сплавов являются карбиды или Титана.

3. По способу получения заготовки (изделия) различают литейные (например, чугуны, силумины), деформируемые ( например, стали ) и порошковые сплавы.


В твердом агрегатном состоянии сплав может быть гомогенным (однородным, однофазным — состоит из кристаллитов одного типа) и гетерогенным (неоднородным, многофазным ).

 

Твердый раствор является основой сплава (матричная фаза).

 

Фазовый состав гетерогенного сплава зависит от его химического состава.

 

В сплаве могут присутствовать:

- твердые растворы внедрения,

- твердые растворы замещения, химических соединений (в том числе карбиды, нитриды, интерметаллиды …) и кристаллиты простых веществ.

4. Свойства металлов и сплавов полностью определяются их структурой ( кристаллической структурой фаз и микроструктурой).

 

Макроскопические свойства сплавов определяются микроструктурой и всегда отличаются от свойств их фаз, которые зависят только от кристаллической структуры.

Макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения фаз в металлической матрице.

Сплавы проявляют металлические свойства, например: электропроводность и теплопроводность, отражательную способность (металлический блеск) и пластичность.

Важнейшей характеристикой сплавов является свариваемость.

5.Сталь (от нем. Stahl) — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (и другими элементами), характеризующийся эвтектоидным превращением.

 

Содержание углерода в стали не более 2, 14 %, но не менее 0, 022 %.

Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.
Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45 % железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).


Сталь важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта, строительства и прочих отраслей народного хозяйства.


Стали с высокими упругими свойствами
находят широкое применение в машиностроении и приборостроении.

 

В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении — для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок.


Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы.

Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация.

В связи с этим все пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для всех конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям.

 

В условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется п ределом упругости, при длительном статическом или циклическом нагружении — релаксационной стойкостью.

6. Жаропрочность это сопротивление металла ползучести и разрушению в области высоких температур при длительной нагрузке.

 

При повышении температуры силы межатомных связей ослабевают, и металлы разрушаются при напряжениях более низких, чем при комнатной температуре. Разрушение происходит в результате ползучести.

Жаропрочность характеризует сопротивление материала ползучести.

Напомним, что ползучесть развивается при рабочей температуре, превышающей температуру рекристаллизации, и напряжении выше предела текучести.

 

Таким образом, жаропрочность тем выше, чем выше температура рекристаллизации Тр, которая, в свою очередь, зависит от температуры плавления металла Тм.

Таким образом, повышение жаропрочности достигается применением металлов с высокой температурой плавления (тугоплавких), а также сплавов — за счет увеличения коэффициента.

 

Высокие значения а (0, 6…0, 8) характерны для твердых растворов.

При этом аустенитные стали, и сплавы обладают большей жаропрочностью, чем ферритные, так как температура рекристаллизации выше у сплавов с ГЦК, а не с ОЦК решеткой.

 

Более высокой жаропрочностью обладают крупнозернистые структуры с меньшей протяженностью границ зерен, потому что именно на границах зерен скапливается большое количество дефектов, что делает их наиболее ослабленными участками в металле.

Кроме того, по границам развивается процесс ползучести в результате перемещения одного зерна относительно другого.

Для сплавов, предназначенных для краткосрочной эксплуатации, оптимальной является структура, обеспечивающая наибольшую прочность.

Это структура, состоящая из твердого раствора и упрочняющих дисперсных частиц второй фазы.

Структура сплавов, предназначенных для длительной эксплуатации, должна быть однофазной. Жаропрочность характеризуется пределом длительной прочности н апряжением, вызывающим разрушение при определенной температуре за данный отрезок времени.


В качестве жаропрочных материалов используют:
• стали на основе Fea для работы при температурах до 600°С; аустенитные стали на основе FeY, легированные никелем (около 18%), для работы при температурах до 850°С;
• сплавы на основе никеля или железо-никелевые для работы при температурах до 950 °С.

 


Для работы при температурах около 600°С и длительности работы 10000
….100000ч используют низкоуглеродистые стали, в небольших количествах (до 1%) легированные хромом, молибденом и ванадием (12ХМ, 15ХМ, 12Х1МФ), их используют для деталей котельного оборудования (паропроводы, крепеж и т.п.).

 

Применяются также стали с содержанием углерода около 0, 4%, легированные хромом и кремнием, сильхромы (40Х9С2, 40Х10С2М).

Их отличительной особенностью является высокое сопротивление окислению, что обеспечивается высоким содержанием хрома и кремния.

Сильхромы используют для выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания.

7. Стали и сплавы с особыми физическими свойствами имеют очень широкий диапазон использования. Наибольшее распространение получили сталь и сплавы:
· с заданным температурным коэффициентом линейного расширения;
· с высоким электросопротивлением (при повышенной жаростойкости);
· магнитные стали и сплавы.


8. Стали и ставы с заданным температурньм коэффициентом линейного расширения (ГОСТ 10994-74) предназначены для впаивания изделий на их основе в стеклянные и керамические корпуса вакуумных приборов.

Химический состав этих сплавов базируются на системе Fe+Ni + Co с небольшим количеством меди.

Точный состав каждого сплава устанавливается для конкретного вида стекла или керамики , используемых в изделиях, из условия равенства их температурных коэффициентов линейного расширения.

Например, сплав 29НК (29% Ni, 18% Со, остальное Fe) с a = (4, 6...5, 5)•10-6°C-1, называемый ковар, предназначен для вакуумных впаев в молибденовые стекла. Для изготовления деталей, спаиваемых со стеклом ( например, в телевизионных кинескопах), применяют более дешевые ферритные железохромистые сплавы 18ХТФ и 18ХМТФ, имеющие a= 8, 7•10-6°C-1.

9. Особое место в сплавах с заданным температурным коэффициентом линейного расширения занимают сплавы с малым коэффициентом, существенно не меняющимся в высокотемпературной области.

Эти сплавы предназначены для изготовления деталей измерительных приборов и технических средств. Промышленное значение имеет сплав инвар на базе железа и никеля (36%) с небольшим (0, 05%) количеством углерода.

Для этого сплава величина температурного коэффициента линейного расширения a = 1.. 1, 5-10-6 °С-1, причем, изменение величины коэффициента при температурах 600...700°С происходит очень плавно за счет ферромагнитного эффекта.

Эти сплавы используют для деталей, впаиваемых в неорганические диэлектрики - стекло, керамику, слюду и др.

 

10. Стали и сплавы с высоким электросопротивлением (ГОСТ 10994-74) должны сочетать высокое сопротивление (1, 06... 1, 47 мкОм·м, что более чем в 10 раз выше, чем у низкоуглеродистой стали) и иметь жаростойкость 1000...1350°С. К технологическим свойствам таких сплавов предъявляются требования высокой пластичности, обеспечивающей хорошую деформируемость на прутки, полосу, проволоку и ленты, в том числе малых сечений, а к потребительским - малая величина температурного коэффициента линейного расширения. Для этих сплавов используются системы Fe + Сг + А1, Fe + Ni + Сг и Ni + Сr. Их микроструктура представляет собой твердые растворы с высоким содержанием легирующего элемента. Чем больше в сплавах хрома и алюминия, тем выше их жаростойкость. Количество углерода в сплавах строго ограничивают (0, 06...0, 12%), так как появление карбидов снижает пластичность и сокращает срок эксплуатации изделий.

11. Наибольшее распространение в технике получили сплавы ферритного класса: Х13Ю4 (фехраль), ОХ23Ю5 (хромель) и ОХ27Ю5А.

Эти сплавы малопластичны, поэтому изделия из них, особенно крупные, следует выполнять при подогреве до 200...300°С. Сопротивление ползучести ферритных сплавов невелико, поэтому нагреватели при высоких (1150...1200°С) температурах нередко провисают под действием собственной массы.

 

12. Высоким электросопротивлением обладают сплавы на основе никеля - Х20Н80 (нихромы).

Жаростойкие,

Жаропрочные,

Износостойкие,

Пружинные,

Автоматные,

Стали качественные

Стали качественные по химическому составу бывают углеродистые или легированные (08кп, 10пс, 20). Они также выплавляются в конвертерах или в основных мартеновских печах, но с соблюдением более строгих требований к составу шихты, процессам плавки и разливки.
Углеродистые стали обыкновенного качества и качественные по степени раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице делятся на спокойные, полуспокойные и кипящие. Каждый из этих сортов отличается содержанием кислорода, азота и водорода. Так в кипящих сталях содержится наибольшее количество этих элементов.

Стали высококачественные

Стали высококачественные выплавляются преимущественно в электропечах, а особо высококачественные - в электропечах с электрошлаковым переплавом (ЭШП) или другими совершенными методами, что гарантирует повышенную чистоту по неметаллическим включениям (содержание серы и фосфора менее 0, 03%) и содержанию газов, а следовательно, улучшение механических свойств. Это такие стали как 20А, 15Х2МА.

Строительные стали

К строительным сталям относятся углеродистые стали обыкновенного качества, а также низколегированные стали. Основное требование к строительным сталям - их хорошая свариваемость. Например: С255, С345Т, С390К, С440Д.

Цементируемые стали

Цементируемые стали применяют для изготовления деталей, работающих в условиях поверхностного износа и испытывающих при этом динамические нагрузки. К цементируемым относятся малоуглеродистые стали, содержащие 0, 1-0, 3% углерода (такие, как 15, 20, 25), а также некоторые легированные стали (15Х, 20Х, 15ХФ, 20ХН 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА, 18ХГТ, ЗОХГТ, 20ХГР).

Улучшаемые стали

К улучшаемым сталям относят стали, которые подвергают улучшению - термообработке, заключающейся в закалке и высоком отпуске. К ним относятся среднеуглеродистые стали (35, 40, 45, 50), хромистые стали (40Х, 45Х, 50Х), хромистые стали с бором (ЗОХРА, 40ХР), хромоникелевые, хромокремниемарганцевые, хромоникельмолибденовые стали.

Высокопрочные стали

Высокопрочные стали - это стали, у которых подбором химического состава и термической обработкой достигается предел прочности примерно вдвое больший, чем у обычных конструкционных сталей. Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых легированных сталях - таких, как ЗОХГСН2А, 40ХН2МА, ЗОХГСА, 38ХНЗМА, ОЗН18К9М5Т, 04ХИН9М2Д2ТЮ.

Пружинные стали

Пружинные (рессорно-пружинные) стали сохраняют в течение длительного времени упругие свойства, поскольку имеют высокий предел упругости, высокое сопротивление разрушению и усталости. К пружинным относятся углеродистые стали (65, 70) и стали, легированные элементами, которые повышают предел упругости - кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием, бором (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР).

Подшипниковые стали

Подшипниковые (шарикоподшипниковые) стали имеют высокую прочность, износоустойчивость, выносливость. К подшипниковым предъявляют повышенные требования на отсутствие различных включений, макро- и микропористости. Обычно шарикоподшипниковые стали характеризуются высоким содержанием углерода (около 1%) и наличием хрома (ШХ9, ШХ15).

Автоматные стали

Автоматные стали используют для изготовления неответственных деталей массового производства (винты, болты, гайки и др.)> обрабатываемых на станках-автоматах. Эффективным металлургическим приемом повышения обрабатываемости резанием является введение в сталь серы, селена, теллура, а также свинца, что способствует образованию короткой и ломкой стружки, а также уменьшает трение между резцом и стружкой. Недостаток автоматных сталей - пониженная пластичность. К автоматным сталям относятся такие стали, как А12, А20, АЗО, А40Г, АС11, АС40, АЦ45Г2, АСЦЗОХМ, АС20ХГНМ.

Износостойкие стали

Износостойкие стали применяют для деталей, работающих в условиях абразивного трения, высокого давления и ударов (крестовины железнодорожных путей, траки гусеничных машин, щеки дробилок, черпаки землеройных машин, ковши экскаваторов и др.)- Пример износостойкой стали - высокомарганцовистая сталь 110Г13Л.

Коррозионно-стойкие стали

Изделия из собственно коррозионностойких сталей (лопатки турбин, клапаны гидравлических прессов, пружины, карбюраторные иглы, диски, валы, трубы и др.) работают при температуре эксплуатации до 550°С.

Жаропрочные стали

Жаропрочные стали способны работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и при этом обладают достаточной жаростойкостью. Данные стали и сплавы применяются для изготовления труб, клапанных, паро- и газотурбинных деталей (роторы, лопатки, диски и др.).
Для жаропрочных и жаростойких машиностроительных сталей используются малоуглеродистые (0, 1-0, 45% С) и высоколегированные (Si, Cr, Ni, Со и др.). Жаропрочные стали и сплавы в своем составе обязательно содержат никель, который обеспечивает существенное увеличение предела длительной коррозионной прочности при незначительном увеличении предела текучести и временного сопротивления, и марганец. Они могут дополнительно легироваться молибденом, вольфрамом, ниобием, титаном, бором, иодом и др. Так, микролегирование бором, а также редкоземельными и некоторыми щелочноземельными металлами повышает такие характеристики, как число оборотов при кручении, пластичность и вязкость при высоких температурах.
Рабочие температуры современных жаропрочных сплавов составляют примерно 45-80% от температуры плавления. Эти стали классифицируют по температуре эксплуатации (ГОСТ 20072-74):
при 400-550°С - 15ХМ, 12Х1МФ, 25Х2М1Ф, 20ХЗМВФ;
при 500-600°С - 15Х5М, 40ХЮС2М, 20X13;
при 600-650°С - 12Х18Н9Т, 45Х14Н14В2М, ЮХЦН23ТЗМР,
ХН60Ю, ХН70Ю, ХН77ТЮР, ХН56ВМКЮ, ХН62МВКЮ.

Жаростойкие стали

Жаростойкие (окалиностойкие) стали обладают стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах, в том числе серосодержащих, при температурах +550-1200°С в воздухе, печных газах (15X5, 15Х6СМ, 40Х9С2, ЗОХ13Н7С2, 12X17, 15X28), окислительных и науглероживающих средах (20Х20Н14С2, 20Х23Н18) и работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии, так как могут проявлять ползучесть при приложении больших нагрузок. Жаростойкие стали характеризуют по температуре начала интенсивного окисления. Величина этой температуры определяется содержанием хрома в сплаве. Так, при. 15% Cr температура эксплуатации изделий составляет +950°С, а при 25% Cr до +130СГС. Жаростойкие стали также легируют никелем, кремнием, алюминием.

Криогенные стали

Криогенные машиностроительные стали и сплавы (ГОСТ 5632-72) по химическому составу являются низкоуглеродистыми (0, 10% С) и высоколегированными (Cr, N1, Mn и др.) сталями аустенитного класса (08Х18НЮ, 12Х18НЮТ, ОЗХ20Н16АГ6, ОЗХ13АП9 и др.). Основными потребительскими свойствами этих сталей являются пластичность и вяз-кость, которые с понижением температуры (от +20 до -196°С) либо не меняются, либо мало уменьшаются, т.е. не происходит резкого уменьшения вязкости, характерного при хладноломкости. Криогенные машиностроительные стали классифицируют по температуре эксплуатации в диапазоне от -196 до -296°С и используют для изготовления деталей криогенного оборудования.

Инструментальные стали

Инструментальные стали по назначению делят на стали для режущих, измерительных инструментов, штамповые стали.

Быстрорежущие стали

Быстрорежущие стали применяют для изготовления различного режущего инструмента, работающего на высоких скоростях резания, так как они обладают высокой теплостойкостью - до +650°С. Наибольшее распространение получили быстрорежущие стали марок Р9, Р18, Р6М5, Р9Ф5, РЮК5Ф5.

Штамповые стали

Штамповые стали обладают высокой твердостью и износостойкостью, прокаливаемостью и теплостойкостью.

Валковые стали

Данные стали применяют для рабочих, опорных и прочих валков прокатных станов, бандажей составных опорных валков, ножей для холодной резки металла, обрезных матриц и пуансонов. К валковым сталям относят такие марки стали, как 90ХФ, 9X1, 55Х, 60ХН, 7Х2СМФ.

Требования к стали для валков

Высокая прокаливаемость. Для обеспечения высокой закаливаемости необходимо использование таких марок стали, устойчивость переохлажденного аустенита которых в обеих областях превращения, во возможности, достаточна для развития мартенситного превращения при минимальных скоростях охлаждения, например, в масле.

Глубокая прокаливаемость. Прокаливаемость- это глубина закаленного слоя или, другими словами, глубина проникновения мартенсита. Она зависит от химического состава, размеров деталей и условий охлаждения. Легирующие элементы, а также увеличение содержания углерода (0, 8%) в стали способствуют увеличению ее прокаливаемости, поэтому необходимую прокаливаемость обеспечивают за счет оптимизации химического состава стали. Для данного типа стали необходима практически сквозная прокаливаемость, так как при этом обеспечивается жесткость валка, без которой затруднительно получение высокой точности проката. Среди элементов, увеличивающих прокаливаемость - кремний и бор.

Высокая износостойкость. Необходима для безаварийной работы стана. При высокой износостойкости образование абразивных частиц износа не происходит, система подшипников работает более надежно.

Высокая контактная прочность. Контактная прочность рабочего слоя валков должна быть выше контактных напряжений, возникающих в процессе прокатки с учетом естественных нагрузок.

Минимальная склонность к деформации и короблению в процессе термической обработки и неизменность размеров в процессе эксплуатации.

Удовлетворительная обрабатываемость при мехобработке, хорошая шлифуемость и полируемость для обеспечения высокой чистоты поверхности валков и, следовательно, высокого качества поверхности прокатываемого материала

 

4. Каково содержание углерода в сталях, закаливаемых с индукционного нагрева?

 

Выбор марки стали

Химический состав, склонность к росту зерна аустенита и прокаливаемость сталей, применяемых для деталей, подвергаемых высокочастотной поверхностной закалке, должны обеспечивать получение желаемых свойств как в поверхностном слое, так и в сердцевине изделия.

Повышенное содержание углерода в стали приводит к увеличению твердости и износостойкости поверхностного слоя, а также к упрочнению сердцевины. Однако при этом увеличивается хрупкость закаленного слоя, повышается склонность к образованию закалочных трещин и уменьшается пластичность сердцевины. В результате этого увеличивается общая хрупкость изделий.

Оптимальное содержание углерода в сталях закаливаемых токами высокой частоты должно быть 0.4-0.5%. После закалки изделий из этих сталей достигается высокая твердость и износостойкость, при отсутствии хрупкости. Стали, с более высоким содержанием углерода имеют более высокую твердость и сопротивление изнашиванию, но склонны к образованию трещин или к хрупкому разрушению в условиях эксплуатации. Стали с более низким содержанием углерода (0.3-0.4%)применяют в тех случаях, когда приходится сознательно идти на снижение твердости и сопротивление изнашиванию с целью уменьшения хрупкости поверхностного слоя и повышения вязкости всего изделия, а также к снижению склонности к образованию закалочных трещин.

Для поверхностной закалки желательно применение таких марок сталей, которые менее чувствительны к колебаниям температуры нагрева при закалке, однако многие легирующие элементы, ограничивающие рост зерна аустенита, повышают минимальную температуру нагрева для поверхностной закалки и не всегда дают желаемые результаты.

Стали, применяемые для поверхностной закалки, должны быть наследственно мелкозернистыми. Легирующие элементы должны обеспечивать минимальный рост зерна аустенита. Для закалки с нагревом ТВЧ в металлургии наиболее часто используют, следующие марки стали: 35, 40, 45, 40Х, 45Х, 38ХМ, 40ХН2МА.

Использование легированной стали для изделий, подвергаемых поверхностной закалке, оправдывается лишь в деталях больших размеров и особо высоких требований предъявляемых к механическим свойствам сердцевины или изделия в целом. Для легированных сталей с большим содержанием легирующих элементов (3-5%) короткое время нагрева является недостаточным для завершения процесса аустенизации, растворения карбидов и гомогенизации аустенита. Недостаток времени обычно компенсируют повышением температуры нагрева, однако это приводит к росту аустенитного зерна и снижению конструктивной прочности детали.

Применение легированных сталей позволяет несколько снизить содержание углерода, обеспечивающее получение данного уровня твердости и за счет этого несколько уменьшить хрупкость слоя и всего изделия. Кроме того, легированную сталь применяют при закалке на большую глубину.

Каждый легирующий элемент в стали имеет своё конкретное значение.

Хром - сильный карбидообразующий элемент: с углеродом он даёт различные карбиды, которые значительно прочнее и устойчивее цементита. При нагреве карбиды хрома переходят в твёрдый раствор при более высокой температуре, чем цементит, и препятствуют росту зёрен аустенита, поэтому хромистая сталь менее склонна к перегреву, чем простая углеродистая сталь.

Хром резко увеличивает склонность аустенита к переохлаждению и значительно понижает критическую скорость закалки. Поэтому изделия можно закаливать не в воде, а в масле. Понижая критическую скорость закалки, хром увеличивает прокаливаемость стали. Хром улучшает закаливаемость, вязкость, способствуя сохранению более мелкого зерна.

Никель неограниченно растворяется в γ - железе (аустените). Введение в сталь никеля снижает критические точки. Никель увеличивает устойчивость переохлаждённого аустенита и, следовательно, повышает прокаливаемость стали. В отличие от других элементов, введение в сталь никеля приводит к одновременному увеличению прочности и вязкости стали. Недостаток сталей, легированных хромом и никелем, значительная чувствительность к отпускной хрупкости. Эту хрупкость устраняют введением молибдена и вольфрама.

Вольфрам и молибден незначительно растворяются в α - и γ - железе. Эти элементы повышают критические точки, препятствуют росту зерна. Прокаливаемость стали при введении вольфрама и молибдена резко возрастает. Стали, содержащие вольфрам и молибден, нечувствительны к отпускной хрупкости.

Кремний улучшает способность принимать изотермиче­скую закалку и получать при этом повышенную твёрдость. Однако концентрацию приходится ограничивать 0, 5 - 0, 9 % из-за его охрупчивающего влияния на α фазу: мартенсит и бейнит. Кремний частично растворяется в обеих модификациях железа, увеличивая склонность зерна к росту. Устойчивость переохлаждённого аустенита, а следовательно, и прокаливаемость при введении в сталь кремния возрастает. Кремний повышает износо­стойкость и прочность стали.

Наличие карбидов в структуре увеличивает твердость изделия. Хром, марганец, никель, молибден являются сильными карбидообразующими элементами.

Важной способностью легирующих элементов является замедление скорости распада аустенита в районе перлитного превращения, что выражается в смещении вправо по диаграмме изотермического распада аустенита. Изотермические диаграммы для некоторых марок углеродистых и легированных сталей представлены на рисунках 5.2, 5.4.

Так как для некоторых деталей программы не требуется большая глубина закаленного слоя и особо высокие механические свойства изделия в сердцевине, то в проекте выбираем углеродистую сталь марки 45, содержание углерода в которой соответствует оптимальному.

Для таких деталей, как вал-шестерни, шестерни, крупных размеров, где требуются более высокие механические свойства в сердцевине, большая прокаливаемость для их изготовления целесообразно использовать легированные стали марок: 38ХМ, 40ХН2МА.

Химический состав стали 45 представлен в таблице 5.1.

 

Таблица 5.1 – Химический состав стали 45

Сталь Содержание элементов, %
  С Si Mn Cr S P Cu Ni As
0, 42-0, 50 0, 17-0, 37 0, 50-0, 80 0, 25 0, 04 0, 035 0, 25 0, 25 0, 08  

 

Изменение твердости с увеличением содержания углерода при одинаковой структуре углеродистой стали показано на рисунке 5.1.

 

Рисунок 5.1 – Влияние углерода на твердость сталей, имеющих одинаковую структуру

На рисунке 5.2 представлена диаграмма изотермического распада аустенита.

Рисунок 5.2 – Диаграмма изотермического распада аустенита

для стали 45

Механические свойства закаленной улучшаемой стали 45 в зависимости от диаметра заготовки и температуры отпуска, показаны в таблице 5.2

 

Таблица 5.2 – Механические свойства закаленной улучшаемой стали 45 в зависимости от диаметра заготовки и температуры отпуска

Температура закалки, °С Температура отпуска, °С Диаметр заготовки, мм , МПа МПа , % % KCU, Дж/см2
Закалка в масле              
      1030-1650 1200-1760 4-2 30-12 20-10
    930-1380 1080-1530 4-3 40-25 20-10  
Закалка в воде              
      760-890 940-1080 10-8 55-52 80-70
  520-590 730-840 14-12 50-46 70-50    
    640-730 820-920 14-12 62-59 140-100  
  470-520 680-770 16-14 58-52 90-60    
    480-520 690-7501 17-16 68-65 180-140  
  410-440 610-680 20-18 64-61 120-90    

 

Полоса прокаливаемости для стали 45 приведена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 – Полоса прокаливаемости стали 45

Химический состав стали 38ХМ представлен в таблице 5.3.

Таблица 5.3 – Химический состав стали 38ХМ

Сталь Содержание элементов, %
С Si Mn Cr Mo P S Cu Ni
38ХМ 0, 32-0, 40 0, 17-0, 37 0, 40-0, 70 0, 80-1, 10 0, 15-0, 25 0, 035 0, 035 0, 30 0, 30

Диаграмма изотермического распада аустенита для стали 38 ХМ представлена на рисунке 5.4

Рисунок 5.4 – Диаграмма изотермического распада аустенита для стали 38 ХМ

В сталях, легированных карбидообразующими элементами (хром, молибден), наблюдаются два максимума скорости изотермического распада аустенита, разделенных областью высокой устойчивости переохлажденного аустенита. Изотермический распад аустенита имеет два явно выраженных интервала превращений — превращение в пластинчатые (перлитное превращение) и превращение в игольчатые (бейнитные превращения) структуры.

Прокаливаемость стали определяется устойчивостью переохлажденного аустенита, сечением изделия и скоростью охлаждения. При достижении сечением изделия скорости охлаждения больше критической, после закалки получается структура мартенсита. Полоса прокаливаемости для стали 38 ХМ приведена на рисунке 5.5.

Сталь 38ХМ

Рисунок 5.5 – Полосы прокаливаемости для стали 38ХМ

Механические свойства стали 38ХМ приведены в таблице 5.4.

Таблица 5.4 – Механические свойства стали 38ХМ

Марка стали Закалка Отпуск Свойства по ГОСТ 4543-71  
температура, º С охлаждающая среда температура, º С охлаждающая среда σ т, мг/мм2 σ в, кг/мм2 δ, % Ψ, % ан, кгс · м/см2  
                   
38ХМ   Масло   Воздух            

 

Выше перечисленные углеродистая и низколегированная стали применяются для деталей среднего сечения. Для очень ответственных деталей, большого сечения, таких как детали привода конвектора, механизма подъема стола, испытывающие механические напряжения, по условиям сквозной прокаливаемости в проекте предусматривается применение высоколегированной стали 40ХН2МА.

Химический состав стали 40ХН2МА представлен в таблице 5.5.

 

Таблица 5.5 – Химический состав стали 40ХН2МА

Сталь Содержание элементов, %
С Si Mn Cr Mo Ni S P
40ХН2МА 0, 37-0, 44 0, 17-0, 37 0, 5-0, 8 0, 6-0, 9 0, 15-0, 25 1, 25-1, 65 0, 035 0, 035

Легирующие элементы в стали 40ХН2МА очень сильно смещают С- образную диаграмму в право, вследствие большой устойчивости переохлажденного аустенита. Охлаждение в масле или даже на воздухе достаточно для получения в сердцевине структур нижнего бейнита или мартенсита, что приводит к весьма интенсивному упрочнению.

Диаграмма изотермического распада аустенита для стали марки 40ХН2МА приведена на рисунке 5.6

 

 

Рисунок 5.6 – Диаграмма изотермического распада аустенита для стали марки 40ХН2МА

Сталь 40ХН2МА имеет весьма большую прокаливаемость и не склонна к отпускной хрупкости.

Полоса прокаливаемости для стали 40ХН2МА приведена на рисунке 5.7.

Рисунок 5.7 – Полоса прокаливаемости стали марки 40ХН2МА

 

Механические свойства улучшаемой термически обработанной легированной стали представлены в таблице 5.6.

 

Таблица 5.6 – Механические свойства улучшаемой термически обработанной легированной стали


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-04-12; Просмотров: 59; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.145 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь