Научные основы выбора материала и прогрессивных упрочняющих технологий

4. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства стали

Медь - увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится главным образом в строительную сталь.

Кремний - при введении кремния в сталь существенно снижается порог хладноломкости, что связано с раскислением стали и снижением в ней содержания кислорода. Действие кремния как легирующего элемента на хладноломкость различно для разных марок стали.

Кремний не образует карбидов, полностью растворяется в феррите, существенно увеличивая его прочность. При этом до содержания 1,0% Si сохраняется пластичность феррита; с дальнейшим увеличением содержания кремния пластичность феррита снижается. Имеющиеся сведения о влиянии кремния на хладноломкость противоречивы, но большая часть исследователей считает его влияние отрицательным. Установлено, что в низкоуглеродистых сталях с увеличением содержания кремния соответственно повышается критическая температура хрупкости. Однако в сочетании с другими легирующими элементами влияние кремния на хладноломкость менее определенно. Опыт показывает, что рациональное сочетание кремния с марганцем или кремния с марганцем и хромом позволяет получить стали с повышенной прочностью и достаточно высокой хладностойкостью.

Мышьяк - сильно увеличивают X. железа, но естественная примесь этих тел в железе настолько невелика, что не вызывает заметных проявлений этого свойства. Что касается вольфрама, который вводится в углеродистое железо с целью повысить его твердость (при изготовлении инструментальной, так назыв. "вольфрамовой" стали), то влияние его выражается нередко весьма интенсивно, и с таким металлом в холодном состоянии приходится обращаться весьма осмотрительно. Умеренная примесь марганца ослабляет вредное влияние фосфора, т. е. несколько понижает X. железа и стали. Степень X. железа измеряется довольно точно числом ударов, которое в состоянии вынести, не ломаясь, железная полоса. Так, фосфористые сорта некоторых английских марок (например стаффордширское железо), содержащие до 0,25% фосфора, разлетаются нередко при первом же ударе, бедные же фосфором сорта железа (например шведское железо), с содержанием не свыше 0,02% фосфора, выдерживают, не ломаясь, до 10 ударов. Удары производятся молотом или падающим грузом по подпертой по концам полосе или бросанием ее на наковальню. Внешние признаки хладноломкого железа суть: белесоватый цвет, сильный блеск и чешуйчатое сложение. Будучи пригодно на кузнечные поделки, хладноломкое железо совершенно не годится на мостовые и т. п. сооружения, долженствующие подвергаться ударам и сотрясениям при низких температурах.

Марганец - является полезной примесью в стали. В углеродистой стали содержится примерно от 0,25 до 1% Мп. Марганец, растворяясь в феррите, упрочняет его; кроме того, он частично образует карбид Мп3С, не отличимый от цементита. Марганец повышает механические свойства стали, особенно упругие свойства, и сильно увеличивает ее прокаливаемость, устраняет вредное действие серы, образуя сернистый марганец (MnS), значительное количество которого всплывает и удаляется вместе со шлаком. Сам по себе сернистый марганец менее вреден, чем сернистое железо. Одновременно марганец является эффективным раскислителем стали; имея большое сродство с кислородом, отнимает его от железа. Учитывая это, перед окончанием плавки. Марганец устраняет вредное действие серы, так как сернистый марганец по сравнению с эвтектикой Fe--FeS имеет более высокую температуру плавления (1620° С) и не располагается по границам зерен стали. В

Никель - стабилизирует аустеническую структуру и увеличивает ковкость, делая нержавеющую сталь более пригодной для формуемости. Способствует увеличению прочности при высоких температурах и коррозионную стойкость, особенно в промышленной и морской атмосферах, химической, пищевой и текстильной индустрии.

Фосфор - присутствуя в твердом растворе в феррите, делает последний хрупким (хладноломким), так как фосфор по кристаллической решетке, диаметру атомов и строению последних резко отличается от железа и вследствие этого очень сильно искажает решетку феррита. Сталь при повышенном содержании фосфора становится хрупкой и твердой, ударная вязкость ее резко снижается. Кроме того, фосфор сильно ликвирует и неравномерно распределяется. В силу сказанного, содержание фосфора в стали должно быть ниже 0,04%. Содержание фосфора в количестве до 0,1 % улучшает обрабатываемость автоматных (малоуглеродистых) сталей, способствуя образованию хрупкой стружки. Однако, если вытеснить фосфор из твердого раствора в феррите, например, присадкой меди, то он образует химическое соединение Fe3P, которое присутствует в структуре стали в виде мельчайших твердых частичек в вязком феррите, образуя особый эвтектоид. В такой структурной форме фосфор является полезным элементом, повышая механические свойства стали и стойкость ее в отношении сопротивления коррозии.

Хром- Хром увеличивает прочность, вязкость, текучесть и ковкость металла, кроме того, он уменьшает сегрегацию, обеспечивая тем самым однородность структуры и, наконец, хром понижает критические точки при охлаждении. Присадка хрома понижает чувствительность к перегреву чисто марганцовистых сталей, измельчает зерно и этим повышает вязкость стали.

Наиболее важным фактором в отношении влияния хрома на свойства стали является способность хрома придавать стали свойства самозакаливаемости.

Большое содержание хрома подобно углероду влечет за собой образование хрупкой структуры в переходной зоне сварного соединения.

При газовой, дуговой, атомно-водородной и стыковой сварке оплавлением неблагоприятное действие окислов хрома на прочности шва не сказывается. В том количестве, в котором хром присутствует в стали хромансиль, сварка осуществляется в расплавленном состоянии, и при достаточно хорошей защите от окисления при первых трех видах сварки и при стыковой сварке оплавлением окислы хрома удаляются из места стыка.

Сера- Влияние серы, как и фосфора, при сварке всегда неблагоприятно отражается на механических свойствах стали. Известным действием серы является вызываемая ею в стали склонность к красноломкости и ломкости при белом калении. Явление красноломкости объясняется наличием эвтектики железо сернистого железа с температурой плавления 985° С. Эти включения весьма хрупки и имеют наклонность размещаться по границам зерен, тем самым ослабляя связь между ними. Присутствие закиси железа понижает еще больше температуру плавления легкоплавкой эвтектики.

При повышении содержания серы в стали наблюдается образование трещин при высоких температурах. Это образование трещин можно объяснить сильным понижением температуры плавления, ввиду наличия сульфида железа. Вследствие низкой температуры плавления эвтектики происходит оплавление границ зерен, богатых серой.

Если в стали имеются никель, кобальт, молибден, то свойство серы создавать красноломкость и ломкость при белом калении может быть еще увеличено, так как эти компоненты обладают свойством снижать точку плавления эвтектики и склонны к образованию сетки.

Такие компоненты, как марганец и хром, обладающие свойством повышать точку плавления, образуют безвредные включения сульфидов в виде точек. Этим объясняется, почему сталь хромансиль при сварке менее склонна к образованию трещин, чем хромомолибденовая сталь.

Неблагоприятное влияние серы сказывается: 1) на коэффициенте крепости сварного шва, 2) на вязкости металла шва, 3) на твердости сварного соединения и 4) на коэффициенте динамической крепости соединения.

1) Коэффициент крепости сварного шва, выполненного дуговой сваркой, с повышением содержания серы понижается, причем наиболее значительное понижение коэффициента крепости наблюдается при повышении содержания серы от 0,015 до 0,02%; при атомно-водородной и газовой сварке коэффициент крепости не изменяется, если содержание серы в свариваемой стали повышается от 0,007 до 0,024%.

2) Статическая вязкость металла сварного шва, выполненного всеми видами сварки, понижается с повышением содержания серы свариваемой стали. Однако следует заметить, что степень, падения вязкости сварного шва, выполненного различными видами сварки, различна.

При дуговой и атомно-водородной сварке наиболее значительное падение вязкости наблюдается при повышении содержания серы в стали с 0,02 до 0,024%, когда угол загиба понижается примерно на 10°.

При газовой сварке наиболее значительное падение статической вязкости наблюдается при повышении содержания серы с 0,015 до 0,02% (при отпуске на 500° угол загиба понижается с 60 до 48,5°).

3) Твердость металла шва, выплавленного всеми видами сварки, с повышением содержания серы в стали не изменяется.

4) Коэффициент динамической крепости сварного соединения, выполненного всеми видами сварки, с повышением содержания серы, понижается. Во всех случаях наиболее значительное понижение коэффициента динамической прочности наблюдается при изменении содержания серы с 0,002 до 0,04%.

Таким образом из всего сказанного выше можно заключить, что сварные швы, выполненные газовой дуговой и атомно-водородной сваркой, обладают механическими свойствами, вполне удовлетворяющими установленным требованиям, если содержание серы в стали находится в пределах 0,007--0,04%.

5. Термообработка детали

Для получения требуемых механических свойств я предлагаю применить такую термообработку : б) Закалка 850 °С, вода выдержка и отпуск при температуре 450°С

а) Закалка 800 °С, вода выдержка и отпуск при температуре 400°С

Литература

1. Б.А.Малышев. Справочник технолога авторемонтного производства.М; Транспорт, 1982-431с

2. С.И.Румянцев. Ремонт автомобилей и двигателей.М; Транспорт, 1988-327с.

3. В.Е.Канорчук. Восстановление автомобильных двигателей: Технология и оборудование.М: Транспорт, 1985-303с.

4. А.Г.Косилова. Справочник технолога-машиностроителя в 2-х томах. М: Машиностроение, 1986-496с.280с

5. В.А.Аршинов. Резание металлов и режущий инструментМ; Машиностроение 1968-500с.

6. А.К.Горошкин. Приспособления для металлорежущих станков.М;Машиностроение 1979-303с

7. И.Е.Дюмин, Г.Г.Трегуб Ремонт автомобилей. Транспорт 1999-280с.

8. А.А.Панов справочник технолога.М; Машиностроение 1988-736с

9. В.С.Стародубцева Сборник задач по техническим нормам в машиностроении.М; Машиностроение.1974-272с.

Размещено на Allbest.ru