Строение конструкционных материалов

Маркировка углеродистых сталей.

1) Стали общего назначения:

а) Способ контроля:

«А» - по механическим свойствам (механическая обработка);

«Б» - по химическому составу (сварка);

«В» - по механическим свойствам и химическому составу (комплексная обработка);

б) Порядковый номер соответствует содержанию в стали углерода, чем выше номер, тем больше содержание углерода.

в) Способ раскисления:

«КП» - кипящая сталь (удален кислород), добавка - марганец (Mn);

«ПС» - полуспокойная сталь (Mn и Al);

«СП» - спокойная сталь (Al и Si);

2) Качественные углеродистые стали:

Марка стали = %С ??100.

Процентное содержание углерода в стали округляется до ближайшего числа кратного 5.У сталей с высоким содержанием углерода КП не ставят - их не раскисляют марганцем.

3) Стали инструментальные углеродистые (изготовление инструмента):

а) «У» - инструментальная сталь;

б) %С *--10;

в) «А» - высококачественная сталь, то есть у данной стали пониженное содержание вредных веществ (S, P < 0,025%). Без «А» - сталь качественная (S, P < 0,045%).

Легированные стали.

Легированной называется сталь, содержащая в своем составе один или несколько специально введенных легирующих элементов в количестве, заметно изменяющем свойства стали.

Принципы маркировки стали:

Марка легированной стали - буквенно-цифровой код ее химического состава.

Каждый элемент обозначается заглавной буквой русского алфавита:

а) по первой букве русского названия Н - Ni; В - W; Т - Ti; Х - Cr; М - Mo; Г - Mn; Д - Cu; Ю - Al; А - N; Б - Nb;

б) по первой букве латинского названия С - Si;

в) просто условное обозначение Ф - V;

Марка легированной стали:

Если число соответствующее содержанию углерода двухзначное, то это содержание углерода в сотых долях процента, если в единицах, то это содержание углерода в десятых долях процента.

Классификация сталей.

а) По назначению:

– конструкционные (строительные и машиностроительные);

– инструментальные (штамповые);

– стали с особенными свойствами (нержавеющие, жаропрочные, немагнитные);

б) По степени легированности:

– низколегированные

– среднелегированные

– высоколегированные

в) По числу компонентов:

– трехкомпонентная сталь (40X13 - Fe + C + Cr);

– четырехкомпонентная сталь (15XM);

– пяти компонентеая сталь (25X1М1Ф);

– многокомпонентная сталь (37Х13Г8Н8МБФ);

г) По микроструктуре после нормализации выделяют пять основных классов стали:

– перлитный

– мартенситный

– аустенитный

– карбидный

– ферритный

Нормализация - термообработка, состоящая из: нагрева выше критической температуры и охлаждении на воздухе при нормальных условиях (20° C). Особая среди температур охлаждения, при которой решающее влияние на структуру стали оказывает химический состав.

Все легирующие элементы, кроме алюминия и кобальта, повышают устойчивость аустенита при температуре ниже критической.

Проявление устойчивости при t < 727° C:

а) увеличивается продолжительность инкубационного периода до распада аустенита (кривые сдвигаются вправо);

Мартенситный класс (среднелегированные стали)

Аустенитный класс (высоколегированные стали)

Перлитный класс (низколегированные стали)

б) понижение температуры мартенситного превращения.

Влияние некоторых основных легирующих элементов на свойства сталей.

1. Никель. Никель образует твердые растворы внутри легированных сталей, повышается прочность стали, ее устойчивость к высоким температурам (никель - сильный аустенизатор).

2. Хром. Если содержание в стали хрома больше 12%, то сталь - нержавеющая (при условии растворения хрома в кристаллической решетке железа). Хром - сильно карбидообразующий элемент. Из-за образования карбидов коррозионная стойкость стали может уменьшаться. В стали 12Х18Н10Т предотвращено образование карбидов хрома на зернах.

3. Вольфрам. Вольфрам повышает твердость и прочность стали. Сильно карбидообразующий элемент. Карбиды вольфрама устойчивы и действуют при температуре выше температуры применения. Вольфрам используют для изготовления инструментальных сталей.

4. Ванадий. Ванадий повышает устойчивость к циклическим нагружениям и высоким температурам.

5. Марганец. Марганец способствует повышению твердости и прочности, обеспечивает высокую вязкость сталей.

6. Кремний. Кремний - ферритизатор - повышает устойчивость феррита при высоких температурах, то есть такая сталь обладает хорошими электро-магнитными свойствами (феррит - сильный ферромагнетик). Стали с высоким содержанием кремния используются для изготовления сердечников для электроприборов.

Карбидообразующие элементы и их влияние на свойства стали.

Карбидообразующие элементы: хром, вольфрам, титан. При использовании карбидообразующих элементов увеличивается устойчивость аустенита, особенно в диапазоне около 500° C. Выделяют стали карбидного типа.

Карбидообразующие элементы изменяют тип диаграммы железоцементит. В результате стали с повышенным содержанием углерода приобретают структуру, аналогичную белому чугуну: в структуре появляется ледебуритная эвтектика с карбидами легирующих элементов и железа.

Алюминий и сплавы на его основе.

Содержание алюминия в земной коре - около 7%.

Положительные свойства алюминия:

– дешевизна;

– хорошо отработанные технологии получения;

– низкий удельный вес (2,7 г/см³);

– высокая пластичность;

– высокая тепло- и электропроводность;

– коррозионная стойкость (наличие оксидного слоя Al₂O₃);

Отрицательные свойства алюминия:

– низкая прочность (?_в = 100 МПа);

– плохие литейные качества;

– требует специальных методов пайки и сварки;

Алюминий применяется как конструкционный материал. Из него изготавливают слабонагруженные детали в химических аппаратах.

Маркировка алюминия:

Основные цели легирования алюминия: повышение прочности, улучшение литейных качеств. Основные легирующие металлы: медь, магний, марганец.

Обобщенная диаграмма состояния сплавов алюминия с легирующими элементами.

(1) - Деформируемые сплавы: (1а) - деформируемые неупрочняемые сплавы; (1б) - деформируемые упрочняемые сплавы; (2) - Литейные сплавы.

Деформируемые неупрочняемые сплавы: (Al + Mg, Mg < 6%; Al + Mn, Mn < 1,5%). Особенность: Однородная структура, ? твердый раствор легирующих элементов в алюминии. Цель легирования: повышение прочности (?_в = 200 МПа). Детали из таких сплавов сохраняют пластичность алюминия, используются для слабонагреваемых деталей, получаемых методом пластичного деформирования.

Маркировка: АМг6 (6% Mg); АМц (1% Mn).

Деформируемые упрочняемые сплавы: (Al + Cu + Mg - дюралюминий). Особенность: Если в литом состоянии алюминий легирован медью и магнием, то сплав похож на предыдущий (при литье??_в = 200 Мпа). Такой сплав подвергается термическому упрочнению. Процесс упрочнения состоит в следующем: закалка и старение. DF - линия предельной растворимости.

Закалка - нагрев выше температуры DF и охлаждение со скоростью выше критической; результат - образование пересыщенного твердого раствора меди в алюминии (после закалки??_в = 250 Мпа).

Старение - выдержка при нормальной или повышенной температуре.

За счет диффузии атомы легирующего элемента перемещаются и образуют внутри кристаллические зоны с повышенной концентрацией, в результате эти зоны играют роль барьеров при деформации кристаллов (?_в = 500-550 МПа).

Старение при нормальной температуре - естественное старение.

Старение при повышенной температуре - искусственное старение.

При искусственном старении увеличение времени выдержки может привести к образованию вторичных ?- кристаллов и падению предела прочности до ?_в = 200 Мпа.

Маркировка: Д2; Д16 (2 и 16 в данном случае номера сплавов).

Литейные сплавы: (Al + Si, Si < 13% - силумин).

– Узкий температурный диапазон кристаллизации;

– Жидкотекучесть;

– Малая усадка;

Желательно брать сплав до линии эвтектики, но не желательно переходить вправо через нее.

В этой области:

– Крупные кристаллы эвтектики;

– Наличие в эвтектике хрупких и непрочных кристаллов кремния;

Поэтому у силумина: практически отсутствует пластичность, ?_в = 150-170 Мпа. За счет модифицирования свойства сплава могут быть улучшены. Модификаторы (0,5% Na или Li) способствуют появлению мелкой эвтектики.

Маркировка: АЛ2 (алюминий литейный, 2 - номер сплава).

Медь и сплавы на ее основе.

Медь и ее особенности:

– высокая пластичность;

– высокая тепло- и электропроводность;

– низкая прочность (?_в = 200 Мпа);

– очень высокая стоимость;

Медь используется в основном для изготовления ведущих частей в электротехнических приборах.

Маркировка:

Основные цели легирования меди: повышение прочности, снижение стоимости за счет использования более дешевых легирующих элементов.

Латунь.

Латунь - сплав меди и цинка (до 45% цинка). Существует однофазная (содержит ?-твердый раствор цинка в алюминии, Zn < 39%) и двухфазная (содержит ?-твердый раствор и ?-твердый раствор цинка в алюминии, 39% < Zn < 45%) латунь.

Назначение сплава: обработка давлением, литье. Цинк способствует повышению прочности и твердости меди; при содержании цинка до 39% - обеспечивается высокая пластичность меди.

Маркировка: Л61: 61% Cu + 39% Zn; ЛАЖ60-1-1: 60% Cu + 1% Al + 1% Fe + 38% Zn.

Особенности маркировки меди: обозначения легирующих элементов меди не совпадают с обозначением легирующих элементов в сталях.

Большинство дополнительных элементов влияет на механические свойства латуни аналогично цинку.

Бронзы.

Бронза - сплав меди с любым легирующим элементом кроме цинка.

Основные легирующие элементы: олово, свинец, алюминий (соответственно получается оловянная бронза, свинцовая и алюминиевая).

Классификация: БрОФ10-1: 10% Sn + 1% P + 89% Cu; БрС30: 30% Pb + 70% Cu; БрАЖН10-4-1: 10% Al + 4% Fe + 1% Ni + 85% Cu.

Бронза обладает твердостью, прочностью, хорошими литейными характеристиками.

Размещено на Allbest.ru