Вплив легувальних елементів на структуру і властивості сталі

Хром — дешевий легувальний елемент. Його широко застосовують для легування (в конструкційних сталях до 3 %). Він підвищує твердість і міцність сталі при одночасному незначному зниженні пластичності і в'язкості. Він частково розчиняється у фериті й одночасно утворює міцні карбіди. Хром підвищує опір корозії — при вмісті понад 13 % С г сталь стає неіржавною. Крім того, хром підвищує жароміцність, а також змінює магнітні властивості сталі. Завдяки високій зносостійкості хромистої сталі з неї виготовляють підшипники кочення. Хром вводять у сплав швидкорізальної сталі.

Нікель — цінний легувальний елемент (у конструкційних сталях 1...5 %) — надає сталі міцності, високої пластичності і в'язкості. Його використовують у значній кількості, якщо потрібно одержати немагнітну сталь і сталь підвищеної антикорозійності. Розчиняючись у фериті, нікель зміцнює його. Для легування інструментальних сталей нікель не застосовують.

Вольфрам — дорогий метал. Він дуже підвищує твердість сталі і надає їй червоностійкості — здатності зберігати твердість за підвищених температур. Його вводять переважно в інструментальні і швидкорізальні сталі.

Ванадій — карбідоутворювальний елемент — підвищує твердість сталі і надає їй червоностійкості, сприяє утворенню дрібнозернистої структури, підвищує пружність. Його вводять в інструментальні й швидкорізальні сталі, в невеликій кількості (0,1...0,3%) — у конструкційні сталі.

Молібден — карбідоутворювальний елемент — підвищує твердість і міцність сталі за підвищених температур. Він сприяє утворенню дрібнозернистості. Молібден вводять у конструкційні, інструментальні й жароміцні сталі.

Манган — недорогий легувальний елемент — є постійною домішкою сталі. В конструкційних сталях мангану не більше ніж 2 %. Він підвищує міцність і твердість сталі. З підвищенням вмісту мангану сталь стає зносо - і магнітостійкою.

Силіцій — постійна домішка сталі. У разі введення в сталь до 1 % силіцію міцність її збільшується при збереженні в'язкості (ресорні і пружинні сталі). Він збільшує кислотостійкість, жароміцність. Силіцій вводять у конструкційні, електротехнічні та інші сталі.

Кобальт — підвищує жароміцність, магнітні властивості, збільшує опір ударам.

Титан — підвищує міцність, сприяє подрібненню зерен, поліпшує оброблюваність і опір корозії.

53. Конструкційні леговані сталі.

Легованими називаються сталі, до складу яких спеціально вводяться один або декілька легуючих елементів для отримання заданих властивостей (хром, нікель, ванадій, молібден і т. д.). Сталі, до складу яких доданий хром, називаються хромовими, нікель — нікелевими, ванадій — ванадієвими, а у разі вмісту в сталі декількох елементів її називають відповідно хромонікелевою, хромомарганцевою, хромонікельвольфрамовою.

Легуючі елементи змінюють механічні і фізичні властивості сталі: міцність, в'язкість, зносостійкість, корозійну стійкість, теплопровідність і т.д. Вплив легуючих елементів особливо позначається після термічної обробки.

Конструкційні леговані сталі застосовуються для виготовлення більшості конструкцій, деталей машин і механізмів харчових підприємств. Ці сталі у свою чергу діляться на цементовані, покращувані гартом і високою відпусткою і високоміцні.

Конструкційні сталі в залежності від комплексу обробок для одержання оптимальних службових властив. деталей, а також за призначенням поділяються на:

Сталі для цементації містять 0,1...0,3% вуглецю і легуючі еле­менти, що підвищують межу плинності та подрібнюють зерно. Їх використовують у стані найбільшого зміцнення, тобто після гартування та низького відпуску. Для отримання високої зносостійкості в деталях, що труться, наприклад, зубчасті колеса, кулачки тощо, поверхневий шар робочих поверхонь цементують. Після гартування та низького відпуску робоча поверхня має твер­дість 58...62 НRС, а серцевина — 30...42 НRС. Хромисті сталі, додатково леговані ванадієм і бором, утворюють групу дешевих сталей нормальної міцності, їх використовують для виготовлення невеликих деталей (d не більше 25 мм), що працюють при середніх наванта­женнях.

Хромонікелеві сталі використо­вують для виготовлення великих відповідальних деталей, сталь — для деталей, що несуть великі статичні та ударні навантаження. Високий вміст нікелю робить ці сталі дорогими і ускладнює термічну обробку. Їх замінюють оптимально леговані хромомарганцеві сталі з титаном і молібденом, які мають дещо меншу в'язкість, але успішно працюють у зу­бчастих колесах автомобілів масового виробництва.

Поліпшені конструкційні сталі містять 0,3...0,5% вуглецю. Ви­сокі механічні властивості вони отримують після термічного зміцнення (гартування з високим відпуском) до структури сор­біту, їх використовують для багатьох деталей, що працюють не тільки при високих статичних, а й при циклічних навантажен­нях та при роботі з ударами (вали, штоки, шатуни і т.п.). Високі механічні властивості сталі при поліпшенні можливі лише за умови високої прогартовуваності та дрібного зерна. Для цього їх легують хромом, нікелем, молібденом, ванадієм і марганцем. Дешевими є також хромомарганцевокремнисті сталі. Вони мають високі не лише механі­чні, а й технологічні властивості: добре зварюються всіма спо­собами, штампуються, прогартовуються (при діаметрі до 30...40 мм), задовільно обробляються різанням. Із них виготовляють вали, зварні конструкції, деталі рульового керування.

Хромонікелеві сталі 40ХН,45ХН мають комплекс високих механічних властивостей у деталях діаметром 40...50 мм, а при введенні молібдену або вольфраму — до 100 мм, бо ці елементи зменшують крих­кість після відпуску з малою швидкістю охолодження. З них виготовляють вали і ротори турбін, вали редукторів,Недоліком цих сталей є висока вартість, низька оброблюваність різанням і схильність до утво­рення внутрішніх тріщин.

Ресорно-пружинні сталі. Для забезпечення високої межі пружності, витривалості та міцності в сталь, крім 0,5...0,7% вуглецю, вводять мар­ганець, кремній, ванадій та хром. Деталі піддають гартуванню та середньому відпуску. Для виготовлення деталей підшипників кочення, що працю­ють в умовах високих контактних навантажень, використову­ють підшипникові сталі. Їх маркують літерами "ШХ" та числом, що показує вміст хрому в десятих частках відсотка, а також літе­рами наявних крім хрому легуючих елементів. У цих сталях вміст вуглецю сягає 0,95...1,05%.

54. Сплави на основі міді. Загальні відомості.

Мідь – відносно важкий метал червоного або бурого кольору.

Мі́дні спла́ви — сплави на мідній основі, у яких легувальними елементами можуть бути олово, цинк, свинець, нікель, алюміній, марганець, залізо, срібло,золото, фосфор, кремній тощо

Залежно від виду легувальних компонентів мідні сплави можуть мати високі електро- та теплопровідність, пластичність і міцність при високих температурах, можуть бути стійкими до зношування і агресивних середовищ а також, високопружними. Сплави міді з іншими металами зазвичай містять не більше 10% основного легувального елемента, а інші компоненти (у складних сплавах) у ще менших кількостях. Виключенням є лише латуні, що містять цинк у значно більших пропорціях. У присутності великих кількостей легувального елемента сплави стають крихкими.

Добавки до подвійних мідно-цинкових сплавів у незначних кількостях олова, алюмінію, нікелю, кремнію, марганцю, заліза, свинцю підвищують міцність, твердість, оброблюваність різанням, надають добрих ливарних властивостей тощо.

Мідні сплави отримують сплавлянням міді з іншими хімічними елементами або їх сплавами (лігатурами) у полуменевих або електричних (дугових, індукційних, високочастотних, печах опору) печах. При плавці для захисту від окиснення використовують деревне вугілля, флюс або плавку проводять у вакуумі. Деякі мідні сплави отримують шляхом електролізу комплексних водних розчинів або дифузії у поверхневі шари металевих виробів. Однофазні низьколеговані сплави легше деформуються при кімнатній температурі, ніж високолеговані — з двофазною структурою. При високих температурах легше деформуються двофазні сплави, а більший опір деформуванню чинять сплави однофазні.

Термічна обробка (гартування та старіння) мідних сплавів у низці випадків підвищує міцність, збільшує пластичність (гартування), зменшує внутрішні напруження (відпал).

Розрізняють мідні сплави:

· ливарні, яким властиві значна рідкоплинність і невелика усадка;

· деформівні, що їх обробляють тиском у гарячому або холодному стані;

· порошкові.

Мідні сплави використовують переважно як антифрикційні, електротехнічні, жароміцні, конструкційні, корозійностійкі і пружинні матеріали. Застосовують їх у машино-, авіа-, приладо- і суднобудуванні, в електротехнічні промисловості, при виготовленні пароводяної арматури, художніх виробів, посуду тощо.

Легувальні елементи суттєво змінюють її властивісті. Легувальні елементи поділяються на 3 групи:

1) Розчинні в міді: Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Ag підвищують міцність і твердість міді і використовують для сплавів на мідній основі.

2) Не розчинні елементи Pb i Bi утворюють легкоплавкі евтектики в однакових сплавах зменшують їх механічні властивості.

3) Нерозчинні елементи O, S, Se, Ti присутні в міді у вигляді не розчинних фаз (Cu₂O, Cu₂S)

Дата добавления: 2015-05-07