М а т е р и л о в е д е н и е 2 страница

При дальнейшем росте нагрузки, кривая (для пластичных металлов) имеет горизонтальный участок (т.е. деформация увеличивается при постоянном напряжении). Металл как бы течет, это напряжение σт – предел ТЕКУЧЕСТИ. Если площадка текучести отсутствует, то за предел текучести принимают ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ УСЛОВНЫЙ σ0,2, при котором остаточное удлинение Е =∆l/l= 0,2%.

Еще большее увеличение нагрузки вызывает рост напряжений в образце, которые достигают максимальное значение, называемое σВ – пределом ПРОЧНОСТИ (или временное сопротивление разрыву). При этом напряжении образуется шейка – местное утонение. В точке σ к происходит разрыв образца.

При испытаниях на растяжение определяют также ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАСТИЧНОСТИ.:

- относительное УДЛИНЕНИЕ δ=lк – lо/ lо х 100%; lк,о – конечная, начальная длина рабочей части образца.

- относительное сужение ψ= Sо- Sк / Sо х 100%, где S о,к - начальная и конечная площадь поперечного сечения образца.

ИСПЫТАНИЯ НА ТВЕРДОСТЬ

ТВЕРДОСТЬ - способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела. Наиболее простым способом является царапание твердым надфилем по поверхности. На металле с малой твердостью остается хорошо видимая царапина. Но конечно этот метод не точен.

Из множества методов измерения твердости наибольшее применение нашли следующие способы: метод Бринелля, метод Роквелла, метод Виккерса, а также измерение микротвердости на микротвердомере.

Определение твердости по Бринеллю. В поверхность исследуемого металла вдавливают стальной закаленный шарик диаметром 2,5, 5 или 10мм. На поверхности остается отпечаток –лунка. Число твердости по Бринеллю НВ = F/Sотп, где F – нагрузка на шарик, Н(ньютон),

Sотп- площадь отпечатка от шарика, мм 2. Практически величину твердости НВ не рассчитывают, а выбирают по таблицам в зависимости от диаметра отпечатка, который определяют с помощью специальной лупы с делениями. Нагрузка F, устанавливаемая на твердомер Бринелль зависит от материала образца и диаметра шарика.??? (Чем выше предполагаемая твердость, тем больше диаметр шарика и нагрузка). При диаметре шарика 10мм нагрузка д.быть 30кН (3000кгс). Пример обозначения твердости: НВ 185. При применении других диаметров и нагрузок их величину проставляют через дробь после символа НВ –НВ _5/750 185.

Для углеродистых сталей примерно можно использовать следующую зависимость: σВ = 0,3 НВ (если НВ185, σВ = 185 х 0,3 = 60 кгс/мм2 = 600МПа). Методом Бринелля испытывают материалы твердостью не более НВ450 (при более высокой твердости шарик деформируется и замеры становятся неточными).

Определение твердости по Роквеллу. В зависимости от твердости испытуемого материала, используют наконечники двух типов:

- стальной закаленный шарик диаметром 1,58мм при нагрузке 1000Н. В этом случае используется красная шкала прибора В и твердость обозначается НRВ(64…102); применяется для образцов малой и средней твердости.

- алмазный конус с углом при вершине 120 градусов при нагрузке:

1500Н – шкала С черная, обозначение НRС (1-72); применяется для испытания твердых материалов.

600Н- шкала А черная, обозначение НRА; применяется для очень твердых металлов и для тонких образцов.

При этом методе измеряют глубину проникновения наконечника под действием суммарной нагрузки (нагрузку прилагают в две стадии –предварительная и окончательная). Число твердости по Роквеллу – число отвлеченное и выражается в условных единицах (за единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм - 2мкм). Существует факультативный (примерный) пересчет значений твердости по Бринеллю и Роквеллу: НRС=НВ/10. Метод Роквелла широко применяется, т.к. 1). можно измерять очень мягкие и очень твердые материалы; 2). метод прост в применении; 3) величина отпечатков мала, поэтому можно контролировать твердость на готовых изделиях.

Определение твердости по Виккерсу. В поверхность образца вдавливают четырехгранную алмазную пирамиду с углом при вершине 136 градусов, при нагрузках 10-1000Н (т.е. большой интервал нагрузок). Твердость определяют по диагонали отпечатка и обозначают НV. Можно измерять как мягкие, так и твердые материалы. Данный метод можно применять для тонких сечений и твердых поверхностных слоев (за счет того, что можно выбрать маленькую нагрузку, для предотвращения продавливания тонких сечений и слоев).

Значения твердости по Виккерсу до 400 единиц очень близко совпадают со значениями твердости по Бринеллю.

Существуют таблицы с ориентировочным переводом значений твердости, определяемых различными методами.

	Метод Бринелля	Метод Роквелла	Метод Виккерса
Преимущества	Достаточная точность; минимальные требования к чистоте по сравнению с другими методами.	Можно использовать для мягких и твердых материалов; возможен контроль на готовых деталях; очень прост и производителен.	Можно использовать для мягких и очень твердых материалов; для тонких сечений и слоев; высокая точность метода.
Недостатки	Нельзя испытывать материалы с высокой твердостью и тонкие детали.	Необходима строгая параллельность и более тщательная подготовка поверхности.	Требует очень тщательной подготовки поверхности; более трудоемок.

ИСПЫТАНИЯ НА УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ (динамические испытания)

Детали в процессе работы часто подвергаются ударным (динамическим) нагрузкам. Поэтому необходимо знать, насколько хорошо сопротивляется металл действию этих нагрузок. (например, чугуны, сталь с крупнозернистой структурой имеют высокие показатели при статических испытаниях, однако разрушаются при небольших ударных нагрузках).

Способность конструкционных материалов сопротивляться ударным нагрузкам, называется ударной вязкостью.

Метод основан на разрушении образца с надрезом одним ударом маятникого копра. маятник определенной массы наносит удар по стороне противоположной надрезу.

УДАРНАЯ ВЯЗКОСТЬ – это отношение работы маятника W, затраченной на ударный излом (изгиб) образца, к площади его поперечного сечения Sо в месте надреза. КС = W /Sо, Дж/м2

Стандартный образец с надрезом посередине устанавливают на опоры копра и наносят удар свободно падающим маятником. В зависимости от вида концентратора напряжений (надреза) различают образцы 3 видов:

- КСU – радиус дна надреза 1,0мм; КСV - радиус дна надреза 0,25мм; КСТ – с трещиной

По ударной вязкости определяется склонность металла к хрупкости при работе в условиях низких температур, т.е. хладноломкость.

Минимально допустимые значения ударной вязкости включают в паспорта и технические условия на приемку материалов. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СПЛАВОВ

ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ

В большинстве случаев в технике и промышленности применяют сплавы, а не чистые металлы, т.к. чистые металлы не обладают требуемым комплексом механических и технологических свойств.

Механическим сплавом называется вещество, состоящее из двух или более компонентов и обладающее металлическими свойствами. В качестве компонентов в металлических сплавах могут быть металлы, неметаллы, химические соединения. (Пример: чугуны, стали)

В жидком состоянии компоненты сплава в большинстве случаев полностью растворимы друг в

друге и представляют собой жидкий раствор, в котором атомы различных элементов равномерно перемешаны.

При кристаллизации компоненты сплава вступают во взаимодействие, при этом могут образовываться:

- твердые растворы; химические соединения; механические смеси

Твердыми растворами называют фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы другого располагаются в ней. В зависимости от того, где находятся атомы растворенного вещества, различают твердые растворы замещения и внедрения. В твердом растворе замещения – атомы растворенного замещают часть атомов растворителя. В твердом растворе внедрения – атомы растворяющегося внедряются между атомами растворителя (находятся в междоузлиях).

Химическое соединение. Металлы образуют химические соединения, как с металлами, так и с неметаллами (оксиды, сульфиды, карбиды). Химическое соединение характеризуется определенной температурой плавления, резким изменением свойств при изменении состава, а также образованием кристаллической решетки, отличной от решеток входящих в него элементов.

Механическая смесь образуется, когда элементы не растворяются в твердом состоянии друг в друге и не вступают в химическое соединение. Каждый элемент кристаллизуется самостоятельно. Свойства сплава получаются промежуточными между свойствами элементов, которые его образуют.

Например сплав состоит из компонентов А и В, то возможны следующие фазы:

Жидкий раствор	Твердый раствор	Химическое соединение	Механическая смесь
L	α	АпВm	А В

Рис.13. Структура и строение элемент. ячейки крист. решетки двухкомпонентных сплавов. Учебник,стр.30,рис.4.1.

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ДВОЙНЫХ СПЛАВОВ

Диаграмма представляет собой графическое изображение фазового состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации в условиях равновесия.

По диаграмме можно проследить за превращениями при нагреве или охлаждении, определить структуру при данной температуре, установить режим т/о, температурный режим технологических операций.

В сплавах могут образовываться следующие фазы: жидкие растворы, химические соединения, твердые растворы, механические смеси не относят к фазам – это структурная составляющая.

Фаза – это однородная по химическому составу и свойствам часть сплава, отделенная от других частей поверхностью раздела.

Существует четыре основных типа диаграмм.

Диаграммы состояния сплавов строят экспериментально: изготавливают серию сплавов различной концентрации, проводят эксперимент, строят кривые охлаждения и переносят их на диаграмму.

ДИАГРАММА состояния сплавов, образующих

НЕОГРАНИЧЕННЫЕ ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ

Условием неограниченной растворимости одного компонента в другом является одинаковый тип решетки и близкие размеры атомов и свойств металла.

Неограниченной растворимостью в твердом состоянии обладают системы: Fe- Cr, Fe- V, Cu-Ni

Рассмотрим диаграмму состояния Cu-Ni

Крайние точки на оси концентраций соответствуют чистым компонентам меди и никелю. Строим кривые охлаждения для чистой меди, чистого никеля. И кривые охлаждения промежуточного состава, например 60% Си и 40% Ni (для построения диаграмм строят множество кривых).

Рис.14. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью.(Учебник, стр. 35, рис.4.5.)

Рисунок на доске

Плавление чистых металлов протекает при постоянной температуре – на кривой охлаждения – горизонтальная площадка. Проецируем эти точки на диаграмму. При кристаллизации сплавов (в нашем примере 60% меди и 40% никеля) имеются две критические точки 1 и2, указывающие на то, что эти сплавы затвердевают в интервале температур с образованием твердого раствора. Линия начала затвердевания сплава А1В – называется линией ЛИКВИДУСА, линия конца затвердевания А2В – линия СОЛИДУСА.

Рассмотрим процесс кристаллизации по этой диаграмме, например, для сплава 70% меди и 30% никеля при очень медленном охлаждении, т.е. в равновесных условиях. Под равновесным состоянием понимают такое, при котором закончились химические реакции между компонентами, уравновесились диффузионные процессы, температура во всем объеме одинаковая. Проведем прямую I-I согласно заданной концентрации. При охлаждении сплава до температуры точки t л – сплав находится в жидком состоянии. При температуре t л начинается кристаллизация, и образуются первые кристаллы твердого раствора. Между точками t л и t с система состоит из жидкой фазы и кристаллов твердого раствора. При достижении температуры t с сплав полностью затвердевает и состоит из однородных кристаллов твердого раствора никеля в меди (т.к. никеля в данном растворе меньше)

ДИАГРАММА состояния сплавов с полной нерастворимостью компонентов в твердом состоянии (т.е. образующих МЕХАНИЧЕСКИЕ СМЕСИ)

Рассмотрим данную диаграмму на примере системы свинец – сурьма. свинец и сурьма обладают неограниченной растворимостью в жидком состоянии, а в твердом – не растворяются друг в друге.

Для чистых Pb и Sb на кривых охлаждения имеется одна критическая точка (горизонтальная площадка). Для сплава 87% Pb и13% Sb горизонтальная площадка (т.е. тоже одна точка - 246градусов) является температурой затвердевания данного сплава с образованием механической смеси кристаллов Pb и Sb. Такая механическая смесь, образовавшаяся из жидкой фазы называется ЭВТЕКТИКОЙ (эвтектика с греч. –легкоплавящийся), температура – эвтектической. Состав сплава 87% Pb и13% Sb – ЭВТЕКТИЧЕСКИМ.. Для других сплавов на кривых охлаждения имеются две критические точки, указывающие на то, что эти сплавы кристаллизуются в интервале температур. Температура конца затвердевания не зависит от состава и одинакова для всех сплавов (246градусов) – эвтектическая температура. АСВ – линия ликвидуса – начало затвердевания; ДСЕ –линия конца затвердевания – линия солидуса.

Рис.15. Диаграмма состояния сплавов с полной нерастворимостью.(Учебник, стр. 33, рис.4.3.)

ХАРАКТЕРНЫМ для данной системы является то, что сплавы любого состава окончательно затвердевают только в том случае, если они имеют эвтектический состав 87% Pb и13% Sb.

В различных по составу сплавах свинец-сурьма по сравнению с эвтектическим сплавом имеется избыток или свинца или сурьмы. Поэтому в сплаве, например, 95% Pb и 5% Sb, имеющем больше свинца, чем в эвтектическом (87%) в интервале температур от точки 1 до точки 2 из жидкого сплава выделяются кристаллы Pb до тех пор, пока состав не станет эвтектическим и затвердеет при эвтектической температуре с образованием эвтектики (механическая смесь свинца и сурьмы). Так как до кристаллизации эвтектики выделяются кристаллы свинца, то после окончательного затвердевания получаем структуру свинец + эвтектика. Аналогично – при кристаллизации сплава с содержанием сурьмы больше эвтектического состава (13%). Сплавы, находящиеся левее точки С – доэвтектические (структура Pb+ эвтектика (Pb и Sb)), правее- заэвтектические и имеет структуру Sb + эвтектика.

ДИАГРАММА состояния сплавов для случая ОГРАНИЧЕННОЙ

РАСТВОРИМОСТИ компонентов в твердом состоянии.

Рис.16. Диагр. состояния сплавов для случая с ограниченной растворимостью.(Учебник, стр. 37, рис.4.6.)

Характерной особенностью является наличие ниже линии солидуса (т.е. для твердого состояния) линии ОГРНИЧЕННОЙ РАСТВОРИМОСТИ (SЕ). Линия SЕ показывает изменение растворимости компонента В в А в твердом состоянии при понижении температуры. Т.е. если кристаллизуется сплав состава левее точки S, то при любой температуре все количество компонента В находится в твердом растворе (В в А – как в случае неограниченной растворимости) - структура - α-твердый раствор (компонент В растворен в решетке компонента А).

Правее точки S (т.е. за пределом неограниченной растворимости). Чтобы проследить особенности, рассмотрим для примера процессы, происходящие при охлаждении, например, сплава I-I. В точке 2 сплав имеет структуру кристаллов α. При охлаждении до t3 структура не меняется. При t 3 линия I-I пересекает SЕ - линию предельной растворимости компонента В в А. Ниже этой температуры растворимость становится все меньше и меньше с понижением температуры. Все количество компонента В уже не может находиться в растворе. Часть компонента В выходит из раствора и образует отдельные кристаллы компонента В, называемые ВТОРИЧНЫМИ В2. Процесс выделения вторичных кристаллов называется ВТОРИЧНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ. В сплавах, лежащих правее точки Е, образуется эвтектика. Особенность ее в том, что она представляет смесь не кристаллов Аи В, с смесь кристаллов твердого раствора α и кристаллов компонента В.

ДИАГРАММА состояния сплавов, где компоненты образуют ХИМИЧЕСКОЕ СОЕДИНЕНИЕ.

Рис.17. Диаграмма состояния сплавов, где компоненты образуют химич. соединение. Учебник, стр. 38, рис.4.7.)

Состав химического соединения является постоянным АmВn. Диаграмма как бы составлена из двух диаграмм для случая механической смеси. Левее точки С, соответствующей химическому соединению АmВn содержание компонента А больше, чем входит в химическое соединение, следовательно образуется механическая смесь кристаллов А + АmВn. Правее точки С –

АmВn + В. В левой части образуется эвтектика А + АmВn, в правой – эвтектика В + АmВn.

СВЯЗЬ МЕЖДУ СВОЙСТВАМИ СПЛАВОВ И ТИПОМ ДИАГРАММЫ

- с увеличением расстояния между ликвидусом и солидусом увеличивается склонность сплава к ликвации, образованию трещин в отливках. У сплавов эвтектического состава лучшие литейные свойства, а также они имеют лучшую обрабатываемость резанием.

- сплавы, состоящие из однофазного твердого раствора лучше деформируются как в горячем, так и в холодном состоянии.

ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

Железоуглеродистые сплавы - это стали и чугуны. Железо может находиться в двух аллотропических формах (α-Fе – решетка ОЦК, γ-Fе – ГЦК). Железо с углеродом образует твердые растворы внедрения (феррит и аустенит) и химическое соединение - цементит. Углерод также может находиться в сплаве в свободном состоянии в виде графита. Существует две диаграммы состояния: Fе- Fе3С и Fе-С.

ДИАГРАММА ЖЕЛЕЗО-ЦЕМЕНТИТ

назван	феррит	аустенит	цементит	ледебурит	Перлит**
определение	Это твердый раствор углерода (и др. л э) в α- Fе (ОЦК)	Это твердый раствор углерода (и др. л э) в γ- Fе (ГЦК)	Химическое соединение – карбид железа Fе3С	Эвтектика – механическая смесь, состоящая из аустенита и цементита, образованная при 1147 ^оС из жидкого сплава	Эвтектоид – механическая смесь,состоящая из феррита и цементита, образованная при 727 ^оС из аустенита (т.е из тверд. фазы)
Содержание углерода	Максимальная растворимость 0,02% при727 ^оС, при комнатной – 0,006%	2,14% углерода растворяется при 1147 ^оС и 0,8% при 727 ^оС	6,67% -содержание углерода в цементите - постоянно	В ледебурите содержится 4,3% углерода	В перлите содержится 0,8 % углерода
свойства	Низкая твердость (НВ80), σВ – 250МПа, высокая пластичность: δ= 50%, ψ=80%, хорошо деформир в холодн. и гор. состоянии	Аустенит пластичен: δ=40-50%, НВ 160-220МПа; (в железоуглеродистых сплавах аустенит - высокотемпературная модификация)	Высокая твердость НВ 800 и очень низкая пластичность		Твердость 200-250Нв, δ=10-20%, σВ=600-650 МПа
Структура	Зерна твердого раствора	Зерна твердого раствора	*

* Фаза цементита имеет пять структурных форм: цементит первичный, образующийся из жидкого сплава; цементит вторичный, образующийся из аустенита; цементит третичный образующийся из феррита; цементит ледебурита; цементит перлита.

**Перлит – «перламутровый», светлый.

Значение диаграммы железо - цементит состоит в том, что она позволяет объяснить зависимость структуры и, соответственно, свойств сталей и чугунов от содержания углерода и определить ре жимы термической обработки для изменения свойств сталей.

Рис. 18. Диаграмма состояния железо – цементит (Fе – Fе3С). Учебник, стр. 80, рис. 7.2.

Критические точки и линии на диаграмме:

т.А (1539 ^о С, 100% Fе)- температура плавления железа;

т.D (~ 1600 ^о С, 6,67%С) – температура плавления цементита;

т.С (1147 ^о С, 4,3%С) – точка эвтектического превращения жидкого сплава в ледебурит;

т.Е (1147 ^о С,2,14%С) – точка предельной растворимости углерода в аустените;

т. G (911 ^о С, 100% Fе) – точка полиморфного превращения α- Fе в γ- Fе;

т. S (727 ^оС, 0,8% С) - точка эвтектоидного превращения аустенита в перлит;

АСD – линия ликвидуса (начало затвердевания);

АЕСF – линия солидуса (конец затвердевания);

ЕСF – линия эвтектического превращения;

РSК – линия эвтектоидного превращения;

Сплавы железа с углеродом до 0,02% - называются техническим железом;

Сплавы железа с углеродом 0,02-2,14 % - называются сталями;

Сплавы железа с углеродом 2,14- 6,67% - чугуны.

Линии GSЕ, РSК, РQ характеризуют превращения в твердом состоянии:

Линия GS показывает начало превращения аустенита в феррит;

Линия SЕ показывает, что с понижением температуры растворение углерода в аустените уменьшается с 2,14% при 1147 ^оС до 0,8% при 727 ^оС, избыточный углерод выделяется в виде цементита вторичного (первичный цементит выделяется из жидкого сплава).

Линия РSК(727 ^оС) эвтектоидного превращения. На этой линии во всех железоуглеродистых сплавах аустенит распадается с образованием перлита (механическая смесь феррит + цементит).

Сталь с содержанием 0,8 % углерода имеет структуру перлита и называется эвтектоидной сталью;

Менее 0,8 % углерода – имеет структуру перлит + феррит и называются доэвтектоидными;

От 0,8 до 2,14% - перлит + цементит вторичный – заэвтектоидные стали;

Чугун, содержащий от 2,14 до 4,3% С называется доэвтектическим. ровно 4,3% - эвтектическим и от 4,3 до 6,67% С - заэвтектическим.

СТАЛИ. КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА

Сталями называют сплавы железа с углеродом (и другими элементами) с содержанием углерода до 2,14 %.

На практике, в основном применяют стали с содержанием углерода до 1,5%.

Стали являются наиболее распространенными материалами.. Они обладают хорошими технологическими свойствами. Изделия получают в результате обработки давлением и резанием. Для производства отливок используются стали с содержанием углерода не более 0,4%.

Достоинством сталей является возможность получать нужный комплекс свойств, изменяя их химический состав и вид термообработки. Стали подразделяются на углеродистые и легированные.

УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ

Углеродистые стали имеют в своем составе железо, углерод и некоторое количество так называемых постоянных примесей: марганец, кремний, сера, фосфор,а также газы: азот, водород и кислород..

марганец – до 0,8%,

кремний – до 04%, десятые доли

сера – до 0,05 %

фосфора – до 0,045% сотые доли

Наличие примесей и газов в сталях обусловлено технологией получения стали.

ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДА И ПРИМЕСЕЙ НА СВОЙСТВА СТАЛЕЙ

Углеродистые стали являются основными. Их свойства определяются количеством углерода и содержанием примесей. УГЛЕРОД оказывает основное влияние на свойства сталей

С увеличением содержания углерода твердость и прочность увеличиваются, а пластичность и ударная вязкость уменьшаются. (т.к. с ростом содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита и уменьшается количество феррита – вспомним их свойства- феррит характеризуется высокой пластичностью и низкой твердостью, а цементит, напротив, очень низкой пластичностью и высокой твердостью).

При содержании в стали порядка 0,9 % углерода – прочность максимальная; при большем содержании углерода, прочность уменьшается т.к. в структуре появляется цементит вторичный в виде сетки по границам зерен и охрупчивает сталь.

ПРИМЕСИ подразделяются на вредные и полезные. Наличие примесей объясняется технологическими особенностями производства, стали (марганец, кремний) и невозможностью полного удаления примесей, попавших в сталь из железной руды (сера, фосфор, кислород, водород, азот). Возможны также - случайные при меси (хром, никель, медь и др.).

Марганец и кремний – полезные примеси. Они являются раскислителями, их добавляют в сталь при выплавке стали для удаления оксидов. Сера и фосфор являются вредными примесями.

Марганец (Мn)–содержание его в стали 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние серы и кислорода.

Кремний (Si)- содержание его в стали до 0,4%, оказывает упрочняющее действие.

СЕРА (S) вызывает КРАСНОЛОМКОСТЬ стали, т.е. хрупкость при горячей обработке давлением. Красноломкость связана с наличием сульфидов FеS, которые образуют с железом эвтектику, отличающуюся низкой температурой плавления (988 градусов) и располагающуюся по границам зерен. При горячей деформации границы зерен оплавляются, и сталь хрупко разрушается. Для устранения красноломкости, содержание серы д.быть минимальным. От красноломкости сталь предохраняет марганец, т.к. марганец образует с серой сульфид МnS и тем самым исключает образование легкоплавкой эвтектики.

ФОСФОР (Р) вызывает хладноломкость –это снижение вязкости по мере понижения температуры. Сильное охрупчивающее действие фосфора выражается в повышении порога хладноломкости. Каждая 0,01 % повышает порог хладноломкости на 25 градусов.

КИСЛОРОД, АЗОТ и ВОДОРОД – вредные скрытые примеси. Их влияние наиболее сильно проявляется в снижении пластичности и повышении склонности стали к хрупкому разрушению.

При наличии большого количества в стали водорода возникает опасный дефект внутренние надрывы – ФЛОКЕНЫ.

ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

Если в процессе выплавки углеродистой стали к ней добавляют легирующие элементы (л.э.) для получения заданных свойств: хром, никель, вольфрам и др., а также марганец и кремний в повышенном количестве, то такую сталь называют легированной.

Основные л.э.: хром, никель. бор, марганец, титан, молибден, ванадий, вольфрам, кремний…

Хромоникелевые стали обладают наилучшим комплексом свойств. Однако, никель является дефицитным, и применение таких сталей ограниченно. Значительное количество никеля можно заменить медью.

КЛАССИФИКАЦИЯ

Стали классифицируются по множеству признаков. Разберем наиважнейшие.

1. По химическому составу: углеродистые и легированные

2. По содержанию углерода:

- низкоуглеродистые - - до 0,25% углерода;

- среднеуглеродистые - 0,3-0,6% углерода;

- высокоуглеродистые - свыше 0,7%.

3. По равновесной структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные.

4. По качеству:

обыкновенного качества должны содержать не более 0,045% Р и 0,05% S,

качественные - не более 0,035% Р и 0,04% S,

высококачественные - не более 0,025% Р и 0,025% S

и особовысококачественные - не более 0,025% Р и 0,015% S.

5. По назначению:

- конструкционные –для изготовления деталей машин и механизмов;

- инструментальные – для различных инструментов;

- стали с особыми свойствами.

МАРКИРОВКА

Углеродистые стали обыкновенного качества

Группа А (поставляется по мех. свойствам)

Ст0, Ст1… Ст6

→прочность ↑, пластичность ↓

Группа Б (поставка с гарантированным химическим составом)

БСт0, БСт1…БСт6

→ ↑ процент углерода

Группа В (гарантированные мех. свойства и хим. состав)

ВСт1, ВСт2… ВСт5

Мех. свойства соответствуют группе А аналогичных марок, а хим. состав – группе Б.

Индексы кп, пс, сп указывают степень раскисленности стали _ кп-кипящая, сп- спокойная, пс – полуспокойная.

Цифры от0 до 6 – условный номер марки.

Пример: Ст.2кп – сталь обыкновенного качества, группы А, т.е. поставляется по мех. свойствам, кипящая –степень раскисленности.

КАЧЕСТВЕННЫЕ УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ

Эти стали по сравнению со сталями обыкновенного качества содержат меньше вредных примесей (серы и фосфора) и газов. Качественные стали поставляют с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. Степень раскисленности, в основном, спокойная, поэтому индекс СП не ставится.

Маркируются двухзначным числом, которое указывает среднее содержание углерода в СОТЫХ долях процента (слово сталь пишется полностью или отсутствует).

Сталь 08кп, сталь 10пс, сталь 45 – содержание углерода -0,08; 0,1; 0,45 %

Дата добавления: 2014-11-07