Материалы с малой плотностью

Карбидообразующие л.э. – это Cr W V Mo Ti и др. – они могут растворяться в цементите (Fе Ме)3С или образовывать самостоятельные карбиды Cr 23С6, VС, TiС… Карбиды л.э. имеют более высокую твердость, чем карбид железаFе 3С.

ЦЕМЕНТУЕМЫЕ СТАЛИ

К этому типу относятся низко- и среднелегированные стали с содержанием углерода до

0,25%, также углеродистые (до 0,25% углерода).

Примеры: сталь15, 20, 25, 15Г, 20Г, 20Х, 15Х, 12ХН3А, 18ХГТ, 18Х2Н4МА…

После цементации и последующей закалки с низким отпуском достигается высокая поверхностная твердость и прочность при мягкой вязкой сердцевине.

Применяется для деталей работающих на износ(высокая твердость поверхности), испытывающих ударные и переменные нагрузки (вязкая сердцевина): кулачки, шестерни, поршневые кольца…

УЛУЧШАЕМЫЕ СТАЛИ

Это средне- и низколегированные стали с содержанием углерода 0,3 – 0,5 %, а также углеродистые с таким же интервалом по углероду. Их подвергают улучшению - закалка + высокий отпуск

(500-600^оС, структура - сорбит). После такой обработки они обладают достаточной прочностью и высокой пластичностью и вязкостью (лучший набор свойств). Применяют для деталей, работаюших в сложных напряженных условиях (противостоят переменным и ударным нагрузкам).

Примеры: сталь 35, 40, 45, 40Х, 40ХН, 30ХГСА, 40ХН2МА…

ВЫСОКОПРОЧНЫЕ СТАЛИ

Высокопрочными называют стали, имеющие предел прочности более 1500МПа (150кгс/мм2).

Применяются в машино-, ракето-, самолетостроении. Такой высокий уровень прочности можно получить:

1). В среднеуглеродистых легированных сталях, применяя закалку с низким отпуском. Примеры:

30ХГСН2А, 40ХГСН3ВА, 40ХН2МА…

2). А также высокая прочность может быть получена за счет термомеханической обработки. Это совмещение пластической деформации (например ковка) стали, нагретой до аустенитного состояния, с ее последующей закалкой и далее отпуск (при деформации в аустенитной области происходит измельчение аустенитного зерна и последующей закалкой фиксируется тонкоигольчатый мартенсит, что и дает выигрыш в характеристиках прочности).

3). Третий путь - это применение мартенсито-стареющих сталей.

Пример:03Н18К9М5Т, 03Н12К15М10, 04Х11Н9М2Д2ТЮ…

Это высоколегированные безуглеродистые сплавы (углерода не более 0,03%) сплавы железа с никелем (в пределах 8-25%), содержащие также кобальт, молибден, титан, алюминий, хром, медь.

При проведении закалки (охлаждение возможно на воздухе) фиксируется железоникелевый мартенсит, имеющий высокую пластичность (это объясняется тем, что это перенасыщенный твердый раствор замещения, а не внедрения, как в мартенсите углеродистых сталей). Прочность после закалки в районе 900-1100 МПа. После закалки проводят формообразующие операции – давлением, резанием (пластичность хорошая, а прочность не очень высокая). Упрочнение происходит при старении - это термообработка, заключающаяся в выдержке при температуре 480-520 ^оС, при старении происходит выделение из мартенсита мелкодисперсных интерметаллидных фаз (интер с латинского – «между», т.е. соединения металл- металл): NiAl, Ni3Ti, Fe2Mo, Ni3Mo. После старения прочность повышается до высоких значений - 2400МПа. Механизм упрочнения объясняется торможением дислокаций мелкими интерметаллидными частицами, выделившимися из пересыщенного твердого раствора.

РЕССОРНО-ПРУЖИННЫЕ СТАЛИ

Рессорно-пружинные стали предназначены для изготовления упругих элементов, пружин, рессор. Эти стали должны обладать: высоким пределом упругости и выносливостью (многократность нагружения) при достаточной пластичности и вязкости. (Вспомним: предел упругости- это напряжение, при котором относительное остаточное удлинение составляет очень малые значения (сотые, тысячные доли %); первое требование к пружинам – высокий предел упругости, т.к. пружины должны деформироваться упруго, пластическая (остаточная)деформация не допускается.) Эти свойства достигаются после термообработки, заключающейся в закалке и последующем среднем отпуске.

В качестве рессорно-пружинных сталей применяют углеродистые стали с повышенным содержанием углерода 0,5-0,8%, а для ответственных деталей – легированные стали (углерод в тех же пределах). У легированных помимо лучших показателей прочности, прокаливаемости, выносливости (сопротивление усталости), увеличивается релаксационная стойкость (релаксация – ослабление). В процессе работы пружин часть упругой деформации переходит в пластическую (остаточную), поэтому пружины с течением времени теряют свои упругие свойства. Легированные стали, имея повышенную релаксационную стойкость, более надежны, следовательно применяют для более ответственных деталей.

Наружные дефекты на поверхности пружин являются концентраторами напряжений и могут стать причиной образования усталостных трещин. Поэтому поверхность пружин д.быть без загрязнений, плен,, микротрещин…

Примеры: сталь 60, 65, 70, 75, 80, 85, 60Г, 60С2ХА, 50ХФА, 60С2Н2А…

Свойства стали 60С2 после т/о (закалка с 870 ^оС в масло, отпуск - 470 ^оС): 42-48 НRС, σв (предел прочности) ~ 1300МПа, δ (относительное удлинение) ~ 6 %, φ (относительное сужение) ~ 25 %.

ШАРИКОПОДШИПНИКОВЫЕ СТАЛИ

Шарикоподшипниковые стали предназначены для изготовления колец, шариков, роликов подшипников. Сталь должна иметь высокие: твердость, износостойкость, сопротивляемость контактной усталости (контактная выносливость).

Этим требованиям удовлетворяют высокоуглеродистые (0,95- 1,15 % углерода) хромистые стали высокого качества, чистые по неметаллическим включениям и карбидной неоднородности.

Рис. 23 Вредное влияние неметаллических включений и карбидной неоднородности в шарикоподшипниковых сталях. Рисунок на доске.

У шарикоподшипниковых особая маркировка:ШХ4, ШХ15, ШХ15С2.

Ш- шарикоподшипниковая, Х – хромистая, цифра – содержание хрома в десятых долях процента (сравни: в обычной маркировке легированных, цифры после букв - процент легирующего элемента в целых процентах)

ШХ4 - шарикоподшипниковая хромистая сталь, содержание углерода ~ 1% (в маркировке % углерода не обозначен, но мы их обозначили как высокоуглеродистые), хрома ~0,4 %;

ШХ15 - углерод ~ 1 %, хрома ~ 1,5 %.

Термообработка - закалка + низкий отпуск – дает структуру Мотп (мартенсит отпуска) с высокой твердостью 62-65 НRС, следовательно и износостойкость высокая.

Строительные стали, содержат малые количества углерода (0,1— 0,3%). Это объясняется тем, что детали строительных конструкций обычно соединяются сваркой. Низкое, содержание углерода обесп)ечивает хорошую свариваемость. В качестве строительных используются углеродистые стали Ст2 и Ст3, имеющие предел текучести б_0,2 = 240 МПа. В низколегированных строительных сталях при содержании около 1,5% Мn и 0,7% Si предел текучести увеличивается до 360 МПа. К этим сталям относятся 14Г2, 17ГС, I4ХГС. Дополнительное легирование небольшими количествами ванадия и ниобия (до 0,1%) повышает предел текучести до 450 МПа за счет уменьшения величины зерна. К сталям такого типа относятся 14Г2АФ, I7Г2АФБ. Приведенные стали применяют для строительных конструкций, армирования железобетона, магистральных нефтепроводов и газопроводов.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Инструментальные материалы подразделяются на: - материалы для режущего инструмента; для измерительного инструмента; штамповые стали (штампы для обработки металлов давлением);

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕТА

Основные требования к материалам для режущего инструмента:

- высокая твердость и износостойкость; достаточная прочность и вязкость; теплостойкость;

Теплостойкость –(красностойкость) – способность сохранять высокую твердость, а следовательно и и режущую способность при продолжительном нагреве.

В процессе работы инструмент нагревается до высоких температур (чем выше скорость резания, чем тверже обрабатываемый материал, тем больше силы трения, тем выше температура нагрева режущей кромки).

Нагрев в процессе резания можно сравнить с нагревами при отпуске:

окончательная низкий средний высокий

термообработка для отпуск отпуск отпуск

инструмента ~ 200 ^оС ~ 400 ^оС ~ 600 ^оС

Закалка + низкий отпуск

Структура – Мартенсит отп. Структура – М отп. Троостит отп. Сорбит отп.

Высокие твердость и прочность Высокие твердость и прочность твердость и прочность твердость и

Низкие пластичность, вязкость Низкие пластичность, вязкость снижаются прочность еще

больше снижаются

Т.е. в процессе работы, инструмент нагреваясь теряет свою твердость, а следовательно и режущую способность (Чем выше температура отпуска, тем ниже твердость и прочность. Для инструмента после закалки проводят низкий отпуск, чтобы получить мах твердость и прочность. А если режущая кромка при работе нагреется до температур превышающих температуру низкого отпуска, то чем выше нагрев, тем меньше будет твердость инструмента). Ниже дана классификация материалов для режущего инструмента с значениями теплостойкости

Наименование	Теплостойкость, ^оС
Углеродистые инструментальные стали
Легированные инструментальные стали
Быстрорежущие стали	550-650
Твердые сплавы	800-1000

УГЛЕРОДИСТЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ

Содержат 0,7-1,35 % углерода. Маркируются буквой «У», далее - число обозначает содержание углерода в десятых долях процента: У7(У7А) … У13(У13А)

Пример: У7А – углеродистая инструментальная качественная сталь, 0,7 % углерода.

Инструмент ударного действия Сверла, метчики, фрезы напильники,

инструмент по дереву граверный инструмент

У7,У8 У9- У12 У13

→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→

↑ % углерода, ↑ твердость и прочность, ↓ ударная вязкость, пластичность

Для снижения твердости все инструментальные стали перед формообразующими операциями подвергают отжигу. После сфероидизирующего отжига цементит перлита приобретает зернистую форму, твердость которого меньше твердости пластинчатого перлита. Окончательная термообработка (т.е. обработка, придающая эксплуатационные свойства инструменту) заключается в закалке с низким отпуском.

Схема, поясняющая предварительную и окончательную термообработку инструмента:

Заготовка → предварительная т/о → механическая обработка → окончательная т/о

У9 сфероидизирующий отжиг придание формы инструменту закалка + низкий отпуск

Температура отпуска выбирается в зависимости от твердости, необходимой для инструмента. У7,У8 - температура отпуска 280-300 ^оС НRС 56-58 (но выше ударная вязкость); У9 –У13 - температура отпуска 150-200 ^оС НRС 62-64. Преимущества углеродистых сталей: высокая твердость, дешевизна. Недостатки: из-за низкой теплостойкости (до 200 ^оС) и прокаливаемости (у углеродистых ~ 10мм) применяют для изготовления инструментов небольших размеров и для резания материалов с низкой твердостью.

ЛЕГИРОВАННЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ.

Содержание углерода 0,9-1,4 %, легирующие элементы: хром, вольфрам, ванадий, марганец, кремний…

Твердость и износостойкость примерно как у углеродистых и определяется высоким содержанием углерода. Легированием увеличивают прокаливаемость, повышают прочность и вязкость.

При окончательной термообработке закалку (8000-850 ^оС) проводят в масло, при этом уменьшается склонность к короблению и образованию закалочных трещин. Далее проводят низкий отпуск.

Маркировка – как и для углеродистых - % углерода в десятых долях; при отсутствии цифры впереди марки – содержание углерода близко к 1 % или больше 1%.Цифры после букв – содержание легирующих элементов в целых единицах (как и в конструкционных), при отсутствии цифры л.э.~ 1%.

Пример: 9ХС – инструментальная легированная качественная сталь, содержание углерода - 0,9%, хрома и кремния ~ 1%.

ХВГ - инструментальная легированная качественная сталь, содержание углерода ~ 1%, хрома, вольфрама, марганца ~ 1%.

Из-за низкой теплостойкости, легированные имеют практически одинаковые с углеродистыми эксплуатационные свойства. Т.е. легированные также применяют для инструментов, работающих при небольших скоростях резания, не вызывающих нагрева свыше 200-260 ^оС. Но в отличие от углеродистых, из легированных можно изготавливать инструмент больших размеров (прокаливаемость больше) и более сложной формы (закалка в масле обеспечивает меньшие напряжения).

БЫСТРОРЕЖУЩИЕ СТАЛИ

Такое название стали получили за свои свойства. Вследствие высоко теплостойкости 550-650 ^оС, изготовленные из них инструменты могут работать с высокими скоростями резания. Быстрорежущие сочетают высокую теплостойкость с высокой твердостью (68-70НRС). Теплостойкость создается специальным легированием сильными карбидообразующими элементами: W, V, Mo, Cr;с последующим применением специальной термообработки.

Маркировка: Р18, Р5М5, Р9К5, Р12Ф3 - в начале маркировки буква Р («рапид» - быстрый); цифра за буквой Р показывает содержание основного легирующего элемента вольфрама в целых процентах, цифры после других букв – содержание других легирующих в процентах.. Во всех быстрорезах присутствует хром ~ 4%, но его содержание в марке не указывают. Не указывают также молибден – при содержании до 1% и ванадия ~ до 2%. Содержание углерод а во всех быстрорезах в районе 1%.

Р18 – инструментальная быстрорежущая сталь, содержание углерода до 1%, W -18%, Cr -4%, не более 1% Мо, не более 2% V.

Р6М5 – инструмент. Быстрореж. сталь, содержание углерода до 1%, W -6 %, Мо – 5%,Cr -4%, не более 2% V.

Быстрорежущие – это стали ледебуритного класса (легирующие элементы смещают эвтектику

(4,3 % С) влево и в стали с содержанием 1% углерода появляется эвтектика – ледебурит). Таким образом после литья быстрорежущие стали имеют в структуре ледебурит - механическая смесь Аустенит + Карбиды первичные (очень крупные). Измельчение первичных карбидов происходит при последующей горячей деформации. Высокие эксплуатационные свойства получают после закалки и 3-х кратного отпуска:

Рис.24 Термообработка быстрорежущей стали. Учебник, стр. 147, рис.14.1., а).

При закалке быстрорежущие стали требуют нагрева до очень высоких температур (1290 ^о С) – для полного растворения карбидов в аустените, чтобы получить высоколегированный мартенсит и обеспечить высокую теплостойкость. Необходимость ступенчатого прогрева до достижения температуры закалки вызвана низкой теплопроводностью быстрорежущей стали.

Структура после закалки – Мартенсит закалки + карбиды + Аустенит остат. (до 40%),твердость ~ НRС62.

Наличие Аустенита остаточного ухудшает режущие свойства (имеет меньшую твердость). Для снижения Аустенита остаточного после закалки применяют 3-х кратный отпуск при 560 ^оС. При этом Аост. превращается в Мартенсит отп. И твердость увеличивается до 68-70НRС. Структура после закалки и 3-х кратного отпуска – Мотп. + карбиды +небольшое количество Аост.

Инструмент из быстрорежущих сталей: резцы, сверла, протяжки, метчики… Часто из дорогостоящей быстрорежущей стали изготавливают только рабочую часть, а «державку» - из углеродистой.

ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

В качестве материалов для инструментов используют твердые сплавы, так называемую металлокерамику, состоящую из твердых тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала (Та) и связующей фазы. Их изготавливают методом порошковой металлургии. Порошки карбидов(WC, TiC, TaC) смешивают с порошком кобальта (Со играет роль связки), прессуют, далее спекают при температуре ~ 1500 ^оС. При этой температуре кобальт плавится и связывает частички карбидов. После охлаждения получается плотный материал, состоящий на 80-95 % из карбидов (остальное – связка).

Твердые сплавы имеют очень высокую твердость 74-76 НRС при достаточно высокой прочности, отличаются высокой износостойкостью и теплостойкостью 800-1000 ^оС.

Основные твердые сплавы:

-группа ВК (WC +Со) - ВК3, ВК6, ВК25 – число после буквы К указывает процент кобальта, остальное карбид WC. Чем больше в сплаве Со –связки, тем выше прочность, но ниже твердость.

- группа ТК(WC+ TiC + Со) – Т30К6 – твердый сплав, содержащий 30% TiC, 6% Со, остальное (64%) - WC.

-группа ТТК (WC+ TiC + ТаС + Со) – ТТ7К12 - сумма карбидов титана и тантала составляет 7%, кобальта 12%, остальное карбид вольфрама.

Твердые сплавы производят в виде пластин, которыми оснащают рабочие части резцов, сверл, фрез… По эксплуатационным свойствам они превосходят быстрорезы и применяются для резания с высокими скоростями.

СВЕРХТВЕРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Среди сверхтвердых материалов первое место принадлежит алмазу, твердость которого(10000НV) ~ в 6 раз больше твердости карбида вольфрама (1700НV) и ~ в 8 раз больше твердости быстрорежущей стали (1300НV).

Основное количество алмазов (и природных и синтетических) чаще используют в виде алмазного порошка для изготовления алмазно-абразивного инструмента. Чаще это шлифовальные круги для обработки особо твердых металлов и горных пород.

Необходимо отметить, что у алмаза высокая адгезия (прилипание) к железу, что является причиной низкой износостойкости при точении сталей и чугунов.

Алмазным инструментом обрабатывают цветные металлы и их сплавы, пластмассу, керамику – при этом обеспечивается хорошая шероховатость поверхности.

СТАЛИ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА

Применяемые марки: У12, Х, ХВГ, Х9…

Для измерительного инструмента огромное значение имеет постоянство формы и размеров в течение срока службы инструмента. При термообработке измерительного инструмента большое внимание уделяется стабилизации Мартенсита и Аустенита ост., чтобы в процессе работы не происходило превращение Аост. в М и не изменялась тетрагональность (искаженность) решетки Мартенсита, а следовательно и размеров.

Это достигается соответствующим режимом термообработки: закалка + низкий отпуск с большой выдержкой - 12-50часов. (при большой выдержке полностью проходят все превращения и это дает стабильность размеров). Плоские инструменты – шаблоны, скобы, линейки изготавливают из низкоуглеродистых сталей (сталь15,20) - после цементации их подвергают закалке с низким отпуском, также с длительной выдержкой.

МАТЕРИАЛЫ С ОСОБЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

1 ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ С ВЫСОКИМИ ЛИТЕЙНЫМИ СВОЙСТВАМИ

Важнейшие свойства для получения качественных отливок: хорошая жидкотекучесть (способность заполнять литейную форму); низкая усадка (усадка при затвердевании обусловлена разностью объемов металла в жидком и твердом состояниях); малая склонность к образованию дефектов (горячих и холодных трещин, пористости, ликвации – неоднородности по химическому составу);

Литейные свойства сплава тем выше, чем меньше температурный интервал кристаллизации. Наиболее высокими литейными свойствами обладают сплавы, испытывающие эвтектическое превращение. Из железоуглеродистых - лучшие литейные свойства имеют чугуны (серые СЧ, высокопрочные ВЧ, ковкие КЧ). 80% по общей массе отливок изготавливают из чугуна.

Стали для отливок в конце маркировки имеют букву Л: 40ХЛ, 35ХГСЛ, 08ГДНФЛ

2 СТАЛИ С ВЫСОКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СВАРИВАЕМОСТЬЮ

Свариваемость – способность получения сварного соединения, равнопрочного с основным металлом..

Большинство соединений получают сваркой плавлением. При этом основной металл в зоне образования соединения плавится, образуя жидкую ванну. А близлежащие участки нагреваются до высоких температур. После нагрева следует быстрое охлаждение (источник тепла – электрод или газовая горелка перемещаются), т.е. возникает своеобразная подкалка, приводящая к образованию закалочных структур, что приводит к большому количеству дефектов (вспомним, структура закалки – мартенсит характеризуется высокими внутренними напряжениями, твердостью и прочностью, но низкими вязкостью и пластичностью).

Свариваемость стали тем лучше, чем меньше в ней углерода и легирующих элементов, причем влияние углерода является определяющим. Хорошо свариваются стали, содержащие до 0,25 % углерода (Сm1- Сm4, сталь 05, 08, 10, 15, 20, 25) и низколегированные (09Г2, 09Г2С,!4Г2,!5ГФ,!6ГС).

При сварке высоколегированных сталей требуются специальные приемы (снижение скорости охлаждения, применение защитных атмосфер, последующая термообработка).

3 СТАЛИ С УЛУЧШЕННОЙ ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬЮ РЕЗАНИЕМ

Связь между обрабатываемостью резанием и механическими свойствами неоднозначна.

С одной стороны, с увеличением твердости и прочности обрабатываемого материала (заготовки), возрастают усилия резания, увеличивается терние и увеличивается температура нагрева инструмента, что вызывает разупрочнение режущей кромки инструмента.

С другой стороны, обработка слишком пластичных сталей также затруднена, так как образуется сплошная трудноломающаяся стружка, которая, непрерывно скользя по передней поверхности инструмента, нагревает и интенсивно изнашивает инструмент.

Для улучшения обрабатываемости резанием, применяют:

1). Для твердых материалов – отжиг и нормализацию - для снижения твердости и прочности заготовок;

2). Мягкие материалы перед резанием подвергают пластической деформации в холодном состоянии(например холодная штамповка) - при такой обработке происходит наклеп – возрастают прочность и твердость материала. С увеличением твердости материала стружка становится сыпучей.

3). Более эффективны металлургические процессы – введение в стали добавок серы S, свинца Рb, селена Sе. Стали с этими добавками называют автоматными (т.е. их можно обрабатывать на станках- автоматах, с высокими скоростями). Добавки (все они мягкие) создают как бы внутреннюю смазку, которая уменьшает трение между инструментом, заготовкой и стружкой.

Маркировка: Впереди стоит буква А – автоматная, далее число указывает содержание углерода с сотых долях процента, при добавке свинца - стоит буква С, селена –Е, при добавке серы – буква отсутствует.

А12 - автоматная сталь, содержание углерода 0,12%, с повышенным содержанием серы (до 0,2%), вспомните: как вредная примесь - ее содержание оговаривается в сотых долях процента.

АС14- автоматная сталь, содержание углерода 0,14%, содержит свинец (до 0,3%).

А35Е - автоматная сталь, содержание углерода 0,35%, содержит селен (десятые доли процента).

Автоматные стали предназначены для массового производства деталей на станках – автоматах: болты, винты, гайки… Поверхность деталей получается чистая и ровная.

КОРРОЗИЯ

Коррозией называется разрушение металла под действием агрессивной внешней среды в результате ее химического или электрохимического воздействия. Различают химическую коррозию, обусловленную воздействием на металл сухих газов и неэлектролитов (например, нефтепродуктов) и электрохимическую, возникающую под действием электролитов или влажного воздуха. По характеру коррозионного разрушения различают сплошную и местную коррозию. Сплошная коррозия захватывает всю поверхность металла. Ее делят на равномерную и неравномерную в зависимости от того, одинаковая ли глубина коррозионного разрушения на разных участках. При местной коррозии поражения локальны. В зависимости от степени локализации различают пятнистую, язвенную, точечную, межкристаллитную и др. виды местной коррозии.

КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЕ СТАЛИ

Самый надежный способ защиты от коррозии - применение коррозионно-стойких сталей.

Они обладают стойкостью против электрохимической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, солевой, кислотной).

Это высоколегированные стали, содержание ХРОМА в них не менее 12%, что обеспечивает образование на поверхности металла пассивирующей защитной пленкиСr2О3.

Углерод в коррозионно–стойких сталях является нежелательным, так как он связывает хром в карбиды, тем самым обедняя раствор хромом.

По структуре после нормализации конструкционные разделяют на классы:

- мартенситный класс,например, 40Х13 (характеризуется высокой твердостью);

- мартенсито-ферритный - 12Х13 (повышенная пластичность);

- ферритный – 12Х17(применяют для химического и пищевого оборудования);

- аустенито-ферритный – 08Х21Н6М5Т (оптимальный комплекс свойств);

-аустенито-мартенситный – 07Х16Н6(высокая прочность);

- аустенитный класс;

Коррозионно-стойкие стали аустенитного класса нашли широкое применение в промышленности. Они содержат большое количество хрома и никеля (никель- аустенитообразующий элемент, сильно понижающий температуру γ → α – превращения, отсюда и название – аустенитный класс).

Преимуществом аустенитных сталей, кроме коррозионной стойкости, являются высокая пластичность и вязкость; обладают хорошими технологическими свойствами (хорошая свариваемость, обработка давлением, литье, хуже – обрабатываемость резанием).

Термообработка: закалка 1050-1150 ⁰ С, вода(для тонких сечений –воздух).

После закалки- максимальная пластичность и вязкость, невысокие прочность и твердость. Для повышения прочности, сталь пластически деформируют в холодном состоянии (наклеп).

Наиболее ярким представителем является сталь 12Х18Н10Т. Введение титана предупреждает межкристаллитную коррозию(титан связывает углерод в карбиды титана и для образования карбида хрома углерода не остается, т.е. хром пойдет на образование защитной пленки).

Другие методы защиты от коррозии.

Распространенным средством защиты от коррозии является нанесение на защищаемый металл раз личных покрытий. Металлические покрытия наносятся различными способами. При погружении в расплавленный металл поверхность изделия покрывается тонким и плотным слоем, затвердевающим после извлечения изделия. Этот способ применяется для нанесения покрытий цинком, оловом, свинцом и алюминием, температура плавления, которых ниже, чем у защищаемого металла. При диффузионной металлизации изделие засыпают порошками алюминия, хрома, цинка и выдерживают при высокой температуре. При напылении поверхность изделия покрывают слоем расплавленного металла (цинка, алюминия, кадмия и др.) с помощью воздушной струи. При плакировании защищаемый металл подвергают совместной прокатке с защищающим (алюминием, титаном, нержавеющей сталью). Гальванический способ нанесения покрытий основан на осаждении под действием электрического тока тон кого слоя защитного металла (хрома, никеля, меди, кадмия) при погружений защищаемою изделия в раствор электролита.

Неметаллические покрытия подразделяются на лакокрасочные и эмалевые, смоляные, покрытия пленочными полимерными мате риалами, резиной, смазочными материалами, керамические покрытия и др. Покрытия, получаемые химической и электрохимической обработкой, превращают поверхностный слой изделия в химическое соединение, образующее сплошную защитную пленку. Наибольшее распространение имеют оксидные и фосфатные защитные пленки.

Протекторная защита основана на подсоединении к защищаемому изделию протектора с более отрицательным электрохимическим потенциалом. В агрессивной среде протектор будет являться анодом, и разрушаться, а защищаемое изделие - катодом и разрушаться не будет.

Для уменьшения агрессивности окружающей среды в нее вводят добавки, называемые ингибиторами коррозии. Они значительно снижают скорость коррозии. Условием использования ингибиторов является эксплуатация изделия в замкнутой среде постоянного состава

ХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ. ЖАРОСТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ.

Химическая коррозия развивается в сухих газах (или жидких неэлектролитах).

Чаще происходит в сухом воздухе (т.е. при высоких температурах), углекислом газе, а также имеют место сернистая и сероводородная коррозия.

Жаростойкость (окалиностойкость) – это способность металлов сопротивляться коррозионному воздействию газа при высоких температурах в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

Чем выше температура рабочей среды, тем активнее идет процесс образования окалины (слой оксида металла). Но сама образовавшаяся окалина может препятствовать дальнейшему окислению металла. Для этого оксидная пленка должна быть ПЛОТНОЙ - без трещин и пор.

Сплавы на основе железа при температуре выше 570⁰ С интенсивно окисляются с образованием хрупкой окалины.

Для увеличения жаростойкости, в сталь вводят элементы, которые образуют с кислородом плотные оксидные пленки. Это ХРОМ, а также кремний и алюминий. Чем выше содержание хрома, тем выше температура применения стали и больше срок эксплуатации.

Сталь 15Х5 – жаростойка до 650 ⁰ С;

12Х17 - до 900 ⁰ С;

15Х28 - до 1100-1150 ⁰ С.

(стали 12Х17 и 15Х28 являются также и нержавеющими, т.е обладают стойкостью против электрохимической коррозии).

Высокой жаростойкостью обладают СПЛАВЫ на НИКЕЛЕВОЙ основе.

Жаростойкие материалы не предназначены для высоких нагрузок. Из них изготавливают: клапаны авто-тракторо-дизельных двигателей, теплообменники, малонагруженные детали печей.

ЖАРОВЫЕ ТРУБЫ камеры сгорания ГТД работают в среде газов, вызывающих сильную коррозию при высоких температурах, т.е. должны быть жаростойки. Материалы для жаровых труб:

ХН75МВТЮ (ЭИ602) - Трабочая – 950 ⁰ С:

ХН78Т (ЭИ435) - Трабочая 1000 ⁰ С Оба сплава являются также и жаропрочными.

ЖАРОПРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

К жаропрочным относят материалы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течении определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Фактор времени необходимо учитывать, т. к. при длительном нагружении при высоких температурах поведение материала определяется диффузионными процессами.

Если нагрузить металл при высокой температуре постоянно действующим напряжением даже ниже предела текучести, и оставить под нагрузкой длительное время, то металл в течение всего времени будет деформироваться - это явление называется ПОЛЗУЧЕСТЬЮ. Ползучесть может привести к разрушению.

Для оценки жаропрочности разработаны специальные критерии: предел ползучести, предел длительной прочности.

Предел ползучести - это напряжение, при котором материал деформируется на определенную величину за определенное время при заданной температуре, например:

σ_1/100000 = 100МПа,означает, что при напряжении 100МПа за 100000 часов при 550 ⁰ С, в материале появится пластическая деформация 1%.

ПРЕДЕЛ ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ характеризует сопротивление разрушению,

σ₁₀₀₀₀ = 130МПа – при 600⁰ С материал гарантированно выдержит напряжение 130 МПа в течение 10000 ч.

Основные пути ПОВЫШЕНИЯ ЖАРОПРОЧНОСТИ:

- легирование твердого раствора тугоплавкими металлами (молибден, вольфрам, хром, ванадий…);

- наличие в структуре карбидных и интерметаллидных фаз (Ni ₃ Ti, Ni ₃ Al…);

- увеличение размеров зерна (при высоких температурах деформация (скольжение) идет именно по границам зерен и естественно, чем крупнее зерно, тем протяженность границ меньше, тем труднее деформация).

Ниже 450 ⁰ С вполне пригодны конструкционные стали и нет необходимости заменять их жаропрочными.

При 450-700 ⁰ С используют жаропрочные стали:

15Х5М - жаропрочна до 600⁰ С,

13Х11Н2В2МФ – жаропрочна до 600⁰ С;

10Х11Н20Т3Р – до 700⁰ С

Детали, работающие при температурах 700-900 ⁰ С и выше, изготавливают из сплавов на основе никеля и кобальта и применяют для изготовления лопаток, дисков и других ответственных деталей ГТД.

ХН77ТЮР (ЭИ437Б)

ХН78Т(ЭИ435)

ЖС6К, ЖС6У, ЖС26….

ЦВЕТНЫЕ СПЛАВЫ

Материалы с малой плотностью (легкие) широко используются в авиа- ракетной и космической технике, а также в авто- судостроении и др. Их применение дает возможность снизить массу и за счет этого увеличить грузоподъемность летательных аппаратов.

Основными легкими конструкционными материалами являются: пластмассы, цветные металлы –

Mg Be Al Ti и сплавы на их основе.

Дата добавления: 2014-11-07