М а т е р и л о в е д е н и е 3 страница

Пример: Сталь 20- углеродистая качественная сталь с содержанием углерода 0,2 %, спокойная.

КАЧЕСТВЕННЫЕ И ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

Обозначение буквенно-цифровое: 30ХГСА, 18Х2Н4МА, 40Х

В начале обозначения - двухзначное число показывает содержание углерода в сотых долях процента. Далее легирующие элементы обозначаются буквами русского алфавита. Цифры, следующие за буквой, показывают его содержание в целых процентах. Если число не стоит, то содержание элемента не превышает 1,5 %. Буква А в конце марки указывает, что сталь высококачественная, Ш - особовысококачественная

Обозначение легирующих элементов:

Х-хром, Н- никель, М – молибден, В – вольфрам, Ф – ванадий, К –кобальт, Т- титан, Г – марганец, Д- медь, С –кремний, Р –бор, Б- ниобий, Ц –цирконий, Ю –алюминий.

Пример: 12Х18Н10Т – легированная качественная сталь, содержащая приблизительно 0,12 % углерода, 18% хрома, 10% никеля, до 1,5% титана.

Маркировку инструментальных и шарикоподшипниковых сталей будем рассматривать позже (у них особая маркировка).

Чугуны

Чугуном называют сплав железа с углеродом, содержащий от 2,14 до 6,67% углерода. Но это теоретическое определение. На практике содержание углерода в чугунах находится в пределах 2,5—4,5%. В качестве примесей, чугун содержит Si, Мn, S и Р.

Углерод в чугунах может находиться: 1 – в связанном состоянии в виде цементита (диаграмма железо-цементит) – такие сплавы называются белыми чугунами (излом таких чугунов имеет белый цвет) – используются как сырье для производства сталей;

2 - в свободном состоянии в виде графита - это серые (излом серого цвета), высокопрочные и ковкие чугуны, кристаллизация проходит в соответствии с диаграммой железо – графит (линии на диаграмме железо – графит находятся несколько выше и левее, чем на железо-цементит.

Кристаллизация в соответствии с диаграммой железо- графит протекает только:

- при очень медленном охлаждении;

- при наличии графитизирующих добавок (кремний, никель) На практике, в реальных условиях получают чугуны, в структуре которых имеется и графит, и цементит, т.е. часть углерода в свободном, а часть в связанном состоянии(например, толстостенные части отливки охлаждаются медленнее, что способствует графитизации).

СЕРЫЙ чугун – сплав, в котором большая часть углерода находится в виде графита. Форма графита – пластинчатая. Графит имеет практически нулевую прочность, поэтому полости, занятые графитом, можно рассматривать как пустоты. Серый чугун имеет низкие механические свойства при испытаниях на растяжение и более высокие при испытаниях на сжатие.

Чугуны с углеродом в виде графита имеют высокую износостойкость (графит выкрашивается и действует как смазка при трении), хорошо гасят вибрацию, обладают хорошими литейными свойствами, хорошо обрабатываются резанием (графит обеспечивает ломкость стружки при точении, фрезеровании, сверлении…). Чугуны дешевле сталей.

Маркируется серый чугун буквами СЧ и числом, показывающем предел прочности: в десятых долях мегапаскаля. Так, чугун СЧ 35 имеет б_в=350 МПа. Имеются следующие марки серых чугунов: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 20,.., СЧ 45. Применение: станины корпуса, крышки, маховики…

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ чугун – то же, что и серый, но форма графита - шаровидная. Получают их из серых путем модифицирования, т.е. введением добавок(чаще магния, церия). Маркируется высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрами, показывающими предел прочности в десятых долях МПа Например, чугун ВЧ 60 имеет б_в= 600МПа. Существуют следующие марки высокопрочных чугунов: ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100. Механические свойства повышаются за счет того, что шаровидная форма графита меньше ослабляет металлическую основу по сравнению с серыми чугунами. Применяются высокопрочные чугуны для изготовления ответственных деталей — зубчатых колес, валов…

КОВКИЙ чугун – форма графита хлопьевидная. Получают длительным отжигом (выдержка в печи при высокой температуре) белого чугуна – при высоких температурах цементит разлагается на аустенит и графит. Ковкий – это условное название. Его не куют, но по сравнению с серым, он достаточно пластичен, также за счет формы графита. Маркируется ковкий чугун буквами КЧ и двумя числами показывающими предел прочности в десятых долях МПа и относительное удлинение в %. Так чугун КЧ 45-7 имеет б_в= 450 МПа и δ=7 %. Ферритные ковкие чугуны (КЧ 33-8, КЧ 37-12) имеют более высокую пластичность, а перлитные (КЧ 50-4, КЧ 60-3) более высокую прочность. Применяют ковкий чугун для деталей небольшого сечения, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.

Рис19. Форма графита серых, высокопрочных и ковких чугунов. Учебник, стр.87, рис. 7.9.

. Теоретические основы термообработки

Термическая обработка занимает одно из важнейших мест в технологической цепи производства стальных деталей, обуславливая, в конечном счете, получения заданных свойств (МЕТАЛЛУРГИЯ → получение металла заданного химического состава;МЕХ.ОБРАБОТКА, ОМД, СВАРКА → получение заданной формы изделия;ТЕРМООБРАБОТКА → получение заданных свойств).

Термообработка – это технологическая операция при которой путем нагрева сплава до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующего охлаждения происходят СТРУКТУРНЫЕ изменения, приводящие к улучшению свойств сплава.

Термообработка характеризуется следующими основными параметрами: - нагрев до определенной температуры t нагр; время выдержки при этой температуре τ выд.; скорости нагрева Vнагр и охлаждения V охл. Любой процесс ТО можно описать в координатах t – τ

Рис.20. Графическое изображение операций термообработки. Учебник, стр. 92, рис. 8.1, а).

Основными видами ТО являются: отжиг, нормализация, закалка + отпуск/старение/

Теория ТО основана на теории фазовых превращений..

Вспомним еще раз превращения в стали при нагреве:

- при нагреве доэвтектоидной стали (исходная структура Ф+П) при переходе через критическую точку А1 (РSК, 727) перлит превращается в аустенит, т.е. образуется структура Ф + А. При дальнейшем повышении температуры Ф постепенно превращается в А и после перехода через А3, структура состоит из аустенита.

- при нагреве заэвтектоидной стали (П+Ц) происходят аналогичные превращения, но избыточной фазой является не феррит, а цементит, который полностью растворяется в аустените при достижении точки Аm (SЕ).

ПРЕВРАЩЕНИЕ ПЕРЛИТА В АУСТЕНИТ

Превращение П в А носит ДИФФУЗИОННЫЙ ХАРАКТЕР, т.к. сопровождается перемещением атомов углерода на расстояния большие межатомных

Диффузия –это проникновение частиц (молекул, атомов) одного вещества в другое при их непосредственном соприкосновении, обусловленное тепловым движением молекул (наиболее быстро идет диффузия веществ в газообразном состоянии, наиболее медленно в твердом состоянии).

РАСПАД АУСТЕНИТА ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ

Для распада аустенита д. быть его ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЕ (с аналогией ПЕРЕГРЕВА)

Экспериментально строят диаграммы изотермического (т.е. при постоянной температуре) распада аустенита. Делают это таким образом: ряд образцов нагревают до однородного аустенита, затем переносят в термостаты с постоянной (неизменной) температурой и выдерживают до полного распада аустенита.. Первый образец переносят в термостат с температурой 727 градусов, а каждый последующий на 20-30 градусов ниже предыдущего. И по магнитным характеристикам (феррит и цементит обладают магнитными свойствами, а аустенит нет) определяют количество аустенита, превратившегося в феррито-цементитную смесь.

Рис.21. Диаграмма изотермического распада Аустенита эвтектоидной стали. (учебник, стр. 98, рис. 8.8.); рисунок на доске.

На диаграмме мы видим две С- образные кривые. Превращения выше и ниже изгиба С-образной кривой имеют различный характер и получаются различные продукты распада аустенита. Горизонтальная линия Мн показывает температуру начала бездиффузионного мартенситного превращения.

ПЕРЛИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ (диффузионное)

При малых степенях переохлаждения - от 727 до 550 (до перегиба) превращение А в феррито-цементитную смесь по своему механизму является ДИФФУЗИОННЫМ.

Перед распадом углерод диффундирует к границам зерен и образуются зародыши Ц (Fе3С – 6,67% углерода).Рост зародышей происходит за счет диффузии углерода из соседних объемов – т.е. соседние участки обедняются углеродом, таким образом рядом с цементитными пластинами образуются пластины Ф. В итоге получаем Перлит, в котором пластины Ф и Ц параллельны друг другу. При этом, чем ниже температура при которой происходит распад А, тем более мелкодисперсной и твердой получается феррито-цементитная смесь. В зависимости от степени переохлаждения образуются структуры, называемые перлит, сорбит и тростит. Это структуры одного типа – механические смеси феррита и цементита, имеющие пластинчатое строение. Отличаются они лишь степенью дисперсности. То есть толщиной пластинок феррита и цементита. Наиболее крупнодисперсная структура – перлит, мелкодисперсная – троостит. При переохлаждении аустенита приблизительно ниже 240 С скорость диффузии падает почти до нуля и происходит бездиффузионное мартенситное превращение. Образуется мартенсит – пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе.

Тема 5.1.2. ОТЖИГ СТАЛИ

ОТЖИГОМ называется РАЗУПРОЧНЯЮЩАЯ обработка деталей и заготовок, заключающаяся в нагреве до определенной температуры (в пределах критических точек) выдержке при данной температуре и последующем медленном охлаждении вместе С ПЕЧЬЮ. (30-100 градусов / час)

Существуют различные виды отжига: полный, неполный, диффузионный, рекристаллизационный, низкий, отжиг на зернистый перлит, нормализация. Температуры нагрева стали для ряда видов отжига связаны с положением линии диаграммы Fe-Fe C.

Для конструкционных сталей наибольшее применение имеет перекристаллизационный (нагрев металла выше критических температур обеспечивает полную перекристаллизацию структуры) отжиг., а для инструментальных - отжиг на зернистый перлит (или сфероидизирующий отжиг).

ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫЙ (ПОЛНЫЙ) ОТЖИГ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ Конструкционные стали чаще всего содержат углерода до 0,7 %, т.е. являются доэвтектоидными.

Полуфабрикаты из конструкционных сталей после литья или горячей обработки давлением из-за

ускоренного охлаждения с высоких температур могут иметь повышенную твердость, что затрудняет их обработку резанием. Кроме того отливки и горячедеформированная сталь часто приобретают структурные дефекты, ухудшающие их свойства. Поэтому то и проводят перекристаллизационный отжиг - для снижения твердости, повышения пластичности, вязкости и получения однородной мелкозернистой структуры. Одновременно при отжиге полностью снимаются остаточные напряжения (возникшие в результате различных технологических операций).

Дата добавления: 2014-11-07