Конструкционные материалы. Легированные стали
Состав конструкционных сталей и содержание легирующих элементов, вводимых в сталь. Влияние легирующих элементов на превращения перлита в аустенит. Действие легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита и мартенситное превращение.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.02.2016 |
| Размер файла | 113,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Контрольная работа
на тему: Конструкционные материалы. Легированные стали
Содержание
1. Конструкционные стали
2. Легированные стали
3. Влияние элементов на полиморфизм железа
4. Влияние легирующих элементов на превращения в стали. Влияние легирующих элементов на превращение перлита в аустенит
5. Влияние легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита
6. Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение
7. Влияние легирующих элементов на преврашения при отпуске
8. Классификация легированных сталей
Литература
1. Конструкционные стали
К конструкционным сталям, применяемым для изготовления разнообразных деталей машин, предъявляют следующие требования:
· сочетание высокой прочности и достаточной вязкости
· хорошие технологические свойства
· экономичность
· недефицитность
Высокая конструкционная прочность стали, достигается путем рационального выбора химического состава, режимов термической обработки, методов поверхностного упрочнения, улучшением металлургического качества.
Решающая роль в составе конструкционных сталей отводится углероду. Он увеличивает прочность стали, но снижает пластичность и вязкость, повышает порог хладоломкости. Поэтому его содержание регламентировано и редко превышает 0,6 %.
Влияние на конструкционную прочность оказывают легирующие элементы. Повышение конструкционной прочности при легировании связано с обеспечением высокой прокаливаемости, уменьшением критической скорости закалки, измельчением зерна.
Применение упрочняющей термической обработки улучшает комплекс механических свойств.
Металлургическое качество влияет на конструкционную прочность. Чистая сталь при одних и тех же прочностных свойствах имеет повышенные характеристики надежности.
2. Легированные стали
Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами, а стали - легированными.
Cодержание легируюших элементов может изменяться в очень широких пределах: хром или никель - 1% и более процентов; ванадий, молибден, титан, ниобий - 0,1… 0,5%; также кремний и марганец - более 1 %. При содержании легирующих элементов до 0,1 % - микролегирование.
В конструкционных сталях легирование осуществляется с целью улучшения механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того меняются физические, химические, эксплуатационные свойства.
Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование должно быть строго обоснованно.
Достоинства легированных сталей:
· особенности обнаруживаются в термически обработанном состоянии, поэтому изготовляются детали, подвергаемые термической обработке;
· улучшенные легированные стали обнаруживают более высокие показатели сопротивления пластическим деформациям ( );
· легирующие элементы стабилизируют аустенит, поэтому прокаливаемость легированных сталей выше;
· возможно использование более «мягких» охладителей (снижается брак по закалочным трещинам и короблению), так как тормозится распад аустенита;
· повышаются запас вязкости и сопротивление хладоломкости, что приводит к повышению надежности деталей машин.
Недостатки:
· подвержены обратимой отпускной хрупкости II рода;
· в высоколегированных сталях после закалки остается аустенит остаточный, который снижает твердость и сопротивляемость усталости, поэтому требуется дополнительная обработка;
· склонны к дендритной ликвации, так как скорость диффузии легирующих элементов в железе мала. Дендриты обедняются, а границы - междендритный материал - обогащаются легирующим элементом. Образуется строчечная структура после ковки и прокатки, неоднородность свойств вдоль и поперек деформирования, поэтому необходим диффузионный отжиг.
· склонны к образованию флокенов.
Флокены - светлые пятна в изломе в поперечном сечении - мелкие трещины с различной ориентацией. Причина их появления - выделение водорода, растворенного в стали.
При быстром охлаждении от 200o водород остается в стали, выделяясь из твердого раствора, вызывает большое внутреннее давление, приводящее к образованию флокенов.
Меры борьбы: уменьшение содержания водорода при выплавке и снижение скорости охлаждения в интервале флокенообразования.
3. Влияние элементов на полиморфизм железа
Все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал существование его аллотропических модификаций (А= 911oС, А=1392oС).
В зависимости от расположения элементов в периодической системе и строения кристаллической решетки легирующего элемента возможны варианты взаимодействия легирующего элемента с железом. Им соответствуют и типы диаграмм состояния сплавов системы железо - легирующий элемент (рис. 1)
Рис. 1. Схематические диаграммы состояния Fe - легирующий элемент. а - для элементов, расширяющих область существования -модификации; б - для элементов, сужающих область существования -модификации
Большинство элементов или повышают А и снижают А, расширяя существовавшие -модификации (рис.1.а), или снижают А4 и повышают А, сужая область существования - модификации (рис.1.б).
Свыше определЁнного содержания марганца, никеля и других элементов, имеющих гранецентрированную кубическую решетку, - состояние существует как стабильное от комнатной температуры до температуры плавления, такие сплавы на основе железа называются аустенитными. конструкционный сталь легирующий аустенит
При содержании ванадия, молибдена, кремния и других элементов, имеющих объемно-центрированную кубическую решетку. выше определЁнного предела устойчивым при всех температурах является - состояние. Такие сплавы на основе железа называются ферритными.
Аустенитные и ферритные сплавы не имеют превращений при нагреве и охлаждении.
4. Влияние легирующих элементов на превращения в стали. Влияние легирующих элементов на превращение перлита в аустенит
Легирующие элементы в большинстве случаев растворяются в аустените, образуя твердые растворы замещения. Легированные стали требуют более высоких температур нагрева и более длительной выдержки для получения однородного аустенита, в котором растворяются карбиды легирующих элементов.
Рис 2. Влияние легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита: а - некарбидообразующие элементы; б -- карбидообразующие элементы
Малая склонность к росту аустенитного зерна - технологическое преимущество большинства легированных сталей. Все легирующие элементы снижают склонность аустенитного зерна к росту, кроме марганца и бора. Элементы, не образующие карбидов (кремний, кобальт, медь, никель), слабо влияют на рост зерна. Карбидообразующие элементы (хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан) сильно измельчают зерно.
5. Влияние легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита
По влиянию на устойчивость аустенита и на форму С-образных кривых легирующие элементы разделяются на две группы.
Элементы, которые растворяются в феррите и цементите (кобальт, кремний, алюминий, медь, никель), оказывают только количественное влияние на процессы превращения. Замедляют превращение (большинство элементов), или ускоряют его (кобальт) (рис.2 а)
Карбидообразующие элементы (хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан) вносят и качественные изменения в кинетику изотермического превращения. При разных температурах они по разному влияют на скорость распада аустенита: при температуре 700…500oС -- замедляют превращение в перлитной области, при температуре 500…400oС (образование троостита) - очень сильно замедляют превращение, при температуре 400…300oС (промежуточное превращение) - замедляет превращение аустенита в бейнит, но меньше, чем образование троостита. Это отражается на форме С-образных кривых: наблюдаются два максимума скорости изотермического распада, разделенных областью высокой устойчивости переохлажденного аустенита (рис. 2 б )
Температура максимальной устойчивости аустенита зависит от карбидообразующего элемента: хром - 400…500oС, вольфрам - 500…550oС, молибден - 550…575oС, ванадий - 575…600oС. Время максимальной устойчивости при заданной температуре возрастает с увеличением степени легированности (очень велико для высоколегированных сталей).
Важным является замедление скорости распада. Это способствует более глубокой прокаливаемости и переохлаждению аустенита до интервала мартенситного превращения при более медленном охлаждении (масло, воздух). Увеличивают прокаливаемость хром, никель, молибден, марганец, особенно при совместном легировании
6. Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение
При нагреве большинство легирующих элементов растворяются в аустените. Карбиды титана и ниобия не растворяются. Эти карбиды тормозят рост аустенитного зерна при нагреве и обеспечивают получение мелкоигольчатого мартенсита при закалке. Остальные карбидообразующие элементы, а также некарбидообразующие, при нагреве растворяются в аустените и при закалке образуют легированный мартенсит.
Некоторые легирующие элементы (алюминий, кобальт) повышают мартенситную точку и уменьшают количество остаточного аустенита, другие не влияют на эту точку (кремний). Большинство элементов снижают мартенситную точку и увеличивают количество остаточного аустенита.
7. Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске
Легирующие элементы замедляют процесс распада мартенсита: никель, марганец - незначительно; хром, молибден, кремний - заметно. Это связано с тем, что процессы при отпуске имеют диффузионный характер, а большинство элементов замедляют карбидное превращение. Легированные стали сохраняют структуру мартенсита отпуска до температуры 400…500oС. Так как в легированных сталях сохраняется значительное количество остаточного аустенита, то превращение его в мартенсит отпуска способствует сохранению твердости до высоких температур.
Таким образом, легированные стали при отпуске нагревают до более высоких температур или увеличивают выдержку.
8. Классификация легированных сталей
Стали классифицируются по нескольким признакам.
1. По структуре после охлаждения на воздухе выделяются три основных класса сталей:
· перлитный;
· мартенситный;
· аустенитный
Стали перлитного класса характеризуются малым содержанием легирующих элементов; мартенситного - более значительным содержанием; аустенитного - высоким содержанием легирующих элементов.
Классификация связана с кинетикой распада аустенита. Диаграммы изотермического распада аустенита для сталей различных классов представлены на рис. 3
Рис.3. Диаграммы изотермического распада аустенита для сталей перлитного (а), мартенситного (б) и аустенитного (в) классов
По мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в перлитной области возрастает, а температурная область мартенситного превращения снижается.
Для сталей перлитного класса кривая скорости охлаждения на воздухе пересекает область перлитного распада (рис. 3.а), поэтому образуются структуры перлита, сорбита или троостита.
Для сталей мартенситного класса область перлитного распада сдвинута вправо (рис.3 б). Охлаждение на воздухе не приводит к превращению в перлитной области. Аустенит переохлаждается до температуры мартенситного превращения и происходит образование мартенсита.
Для сталей аустенитного класса увеличение содержания углерода и легирующих элементов сдвигает вправо область перлитного распада, а также снижает мартенситную точку, переводя ее в область отрицательных температур (рис. 3.в). Сталь охлаждается на воздухе до комнатной температуры, сохраняя аустенитное состояние.
2. По степени легирования (по содержанию легирующих элементов):
· низколегированные - 2,5…5 %;
· среднелегированные - до 10 %;
· высоколегированные - более 10%.
3. По числу легирующих элементов:
· трехкомпонентные (железо, углерод, легирующий элемент);
· четырехкомпонентные (железо, углерод, два легирующих элемента) и так далее.
4. По составу:
никелевые, хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и так далее (признак- наличие тех или иных легирующих элементов).
5. По назначению:
· конструкционные;
· инструментальные (режущие, мерительные, штамповые);
· стали и сплавы с особыми свойствами (резко выраженные свойства - нержавеющие, жаропрочные и термоустойчивые, износоустойчивые, с особыми магнитными и электрическими свойствами).
Литература
1. Богодухов С.И. Курс материаловедения в вопросах и ответах: Учеб. пособие для ВУЗов, обуч. по направлению подгот. бакалавров «Технология, оборуд. и автомат. машиностр. пр-в» и спец. «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» и др. / С.И. Богодухов, В.Ф. Гребенюк, А.В. Синюхин. - М.: Машиностроение, 2003. - 255с.: ил.
2. Дриц М.Е., Москалев М.А. Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учеб. для студентов немашиностроительных спец. ВУЗов. - М.: Высшая школа, 1990. - 446с., ил.
3. Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студентов электротехнических и электромеханических спец. ВУЗов / С.Н. Колесов, И.С. Колесов. - М. Высшая школа, 2004. - 518с.: ил.
4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.Н. Материаловедение. Учебник для ВУЗов технич. спец. - 3-е изд. - М. Машиностроение, 1990. - 528с.
5. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Учебник для ВУЗов / Ю.П. Солнцев, В.А. Веселов, В.П. Демьянцевич, А.В. Кузин, Д.И. Чашников. - 2-е изд., перер., доп. - М. МИСИС, 1996. - 576с.
6. Материаловедение и технология металлов: Учебник для ВУЗов по машиностроительным специальностям / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др. - М.: Высшая школа, 2000. - 637с.: ил.
7. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для студентов ВУЗов, обуч. по напр. «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» / А.В. Шишкин и др.; под ред. В.С. Чередниченко. - 3-е изд., стер. - М.: ОМЕГА-Л, 2007. - 751с.: ил.(Высшее техническое образование).- (Учебное пособие)
8. Материаловедение: Учебник для ВУЗов, обучающих по направлению подготовки и специализации в области техники и технологии / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. - 5-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 646с.: ил.
9. Тарасов В.Л. Технология конструкционных материалов: Учеб. для ВУЗов по спец. «Технология деревообработки» / Моск. гос. ун-т леса. - М.: Изд-во Моск. гос. ун-т леса, 1996. - 326с.: ил.
10. Технология конструкционных материалов. Учебник для студентов машиностроительных специальностей ВУЗов в 4 ч. Под ред. Д.М. Соколова, С.А. Васина, Г.Г Дубенского. - Тула. Изд-во ТулГУ. - 2007.
11. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных ВУЗов / А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. - 5-е изд., испр. - М. Машиностроение, 2003. - 511с.: ил.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Диаграмма изотермических превращений аустенита. Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение. Микроструктура пересыщенного твердого раствора углерода в железе. Механические свойства стали с мартенситной структурой и безуглеродистых сплавов.
реферат [1,7 M], добавлен 18.03.2011Общая характеристика легированных сталей и их специфические свойства: износостойкость, жаропрочность, прокаливаемость в крупных сечениях, кислотостойкость. Распределение легирующих элементов в сталях, зависимость механических свойств от их содержания.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 17.08.2009Классификация, свойства, применение, маркировка углеродистых и легированных сталей. Влияние углерода и примесей на их свойства. Термическая обработка сплава 30ХГСА. Измерение твёрдости методом Роквелла. Влияние легирующих элементов на рост зерна стали.
дипломная работа [761,3 K], добавлен 09.07.2015Процесс легирования стали и сплавов - повышение предела текучести, ударной вязкости, прокаливаемости, снижение скорости закалки и отпуска. Влияние присадок легирующих элементов на механические, физические и химические свойства инструментальной стали.
курсовая работа [375,9 K], добавлен 08.08.2013Выбор марки стали в соответствии с условиями работы штампа холодного деформирования. Выбор режима термической обработки (закалки, охлаждения в масле и отпуска). Влияние легирующих элементов на превращение аустенита при нагреве и охлаждении детали.
лабораторная работа [551,7 K], добавлен 13.10.2014Фазовые превращения в сплавах при нагреве и охлаждении. Процесс и этапы образования аустенита при нагреве. Структура стали после термической обработки. Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита. Мартенситное превращение в стали.
презентация [574,6 K], добавлен 29.09.2013Распад аустенита, закономерности превращения. Пластинчатый и реечный мартенсит. Характерные особенности мартенситного превращения. Влияние состава стали на положение критических точек. Промежуточное превращение в стали. Критическая скоростью закалки.
лекция [115,7 K], добавлен 14.10.2013Производство стали в кислородных конвертерах. Легированные стали и сплавы. Структура легированной стали. Классификация и маркировака стали. Влияние легирующих элементов на свойства стали. Термическая и термомеханическая обработка легированной стали.
реферат [22,8 K], добавлен 24.12.2007Закаливаемость и прокаливаемость стали. Характеристика конструкционных сталей. Влияние легирующих элементов на их технологические свойства. Термическая обработка сплавов ХВГ, У8, У13 и их структуры после нее. Выбор вида и режима термообработки детали.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 12.01.2014Процентное содержание углерода и железа в сплаве чугуна. Классификация стали по химическому составу, назначению, качеству и степени раскисления. Примеры маркировки сталей. Расшифровка марок стали. Обозначение легирующих элементов, входящих в состав стали.
презентация [1,0 M], добавлен 19.05.2015
