Размещено на http://www.allbest.ru/

Пензенский многопрофильный колледж

Кузнецкий филиал

РЕФЕРАТ

по дисциплине: "Материаловедение"

на тему: "Высокопрочные стали"

Подготовил: Журин Илья

Проверил(а): Сергеева Елена Васильевна

2016

Содержание

• Введение
• 1. Химический состав и механические свойства
• 2. Особенности сталей
• Литература
• Приложение

Введение

С каждым годом растет потребность в материалах, обладающих высокой прочностью и вместе с этим необходимыми пластичностью и вязкостью. В обычных конструкционных сталях предел прочности sв, как правило, получают не более 1100-1200 МПа, так как при большей прочности сталь практически становится хрупкой.

Стали, в которых подбором химического состава и оптимальной термической обработки получают sв = 1800 - 2000 МПа, называют высокопрочными. Высокопрочное состояние может быть получено несколькими способами.

Один из таких способов - легирование среднеуглеродистых сталей (0,4-0,5% С) хромом, вольфрамом, молибденом, кремнием и ванадием. Эти элементы затрудняют разупрочняющие процессы при нагреве до 200-3000С. При этом получают мелкое зерно, что в свою очередь понижает порог хладноломкости, увеличивает сопротивление хрупкому разрушению. Например, сталь, содержащая 0,4% С; 5% Cr; 1% Mo и 0,5% V, после закалки в масле и низкого отпуска при 2000С имеет sв = 2000 МПа при d = 10%, y = 40% и КСU = 0,3 МДж/мІ.

Стали 30ХГСНА, 40ХГСН3ВА, 30Х2ГСН3ВМ и т.п. после термической обработки на структуру нижнего бейнита (закалка и низкий отпуск или изотермическая закалка) приобретают высокую прочность - такая обработка сообщает сталям меньшую чувствительность к надрезам. Прочность sв " 1600 - 1850 МПа при d " 15 - 12% и КСU = 0,4 - 0,2 МДж/мІ.

Высокая прочность легированных конструкционных сталей может быть получена и за счет применения термомеханической обработки (ТМО). Так, стали 30ХГСА, 40ХН, 40ХНМА, 38ХН3МА после НТМО имеют временное сопротивление разрыву до 2800 МПа, относительное удлинение и ударная вязкость увеличиваются в 1,5-2 раза по сравнению с обычной термической

1. Химический состав и механические свойства

Высокопрочными называют стали, имеющие предел прочности более 1500 МПа, который достигается подбором химического состава и оптимальной термической обработки.

Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых легированных сталях, (30ХГСН 2А,40ХН2МА), применяя закалку с низким отпуском (при температуре 200…250°С) или изотермическую закалку с получением структуры нижнего бейнита.

После изотермической закалки среднеуглеродистые легированные стали имеют несколько меньшую прочность, но большую пластичность и вязкость. Поэтому они более надежны в работе, чем закаленные и низкоотпущенные.

При высоком уровне прочности закаленные и низкоотпущенные среднеуглеродистые стали обладают повышенной чувствительностью к концентраторам напряжения, склонностью к хрупкому разрушению, поэтому их рекомендуется использовать для работы в условиях плавного нагружения.

Легирование вольфрамом, молибденом, ванадием затрудняет разупрочняющие процессы при температуре 200…300 oС, способствует получению мелкого зерна, понижает порог хладоломкости, повышает сопротивление хрупкому разрушению.

Высокая прочность может быть получена и за счет термомеханической обработки.

Стали 30ХГСА, 38ХН3МА после низкотемпературной термомеханической обработки имеют предел прочности 2800 МПа, относительное удлинение и ударная вязкость увеличиваются в два раза по сравнению с обычной термической обработкой. Это связано с тем, что частичное выделение углерода из аустенита при деформации облегчает подвижность дислокаций внутри кристаллов мартенсита, что способствует увеличению пластичности.

Мартенситно-стареющие стали (03Н 18К 9М 5Т, 04Х 11Н 9М 2Д 2ТЮ) превосходят по конструкционной прочности и технологичности среднеуглеродистые легированные стали. Они обладают малой чувствительностью к надрезам, высоким сопротивлением хрупкому разрушению и низким порогом хладоломкости при прочности около 2000 МПа.

Мартенситно-стареющие стали представляют собой безуглеродистые сплавы железа с никелем (8..25 %), дополнительно легированные кобальтом, молибденом, титаном, алюминием, хромом и другими элементами. Благодаря высокому содержанию никеля, кобальта и малой концентрации углерода в результате закалки в воде или на воздухе фиксируется высокопластичный, но низкопрочный железоникелевый мартенсит, пересыщенный легирующими элементами. Основное упрочнение происходит в процессе старения при температуре 450…550 °С за счет выделения из мартенситной матрицы когерентно с ней связанных мелкодисперсных фаз. Мартенситно-стареющие стали обладают высокой конструкционной прочностью в интервале температур от криогенных до 500 °С и рекомендуются для изготовления корпусов ракетных двигателей, стволов артиллерийского и стрелкового оружия, корпусов подводных лодок, батискафов, высоконагруженных дисков турбомашин, зубчатых колес, шпинделей, червяков и т.д.

2. Особенности сталей

сталь прочность легированный термомеханический

Еще во второй половине 50-х гг. у нас в стране были разработаны стали типа А1 с гарантированным пределом текучести 490 МПа. Из этих сталей были построены корпуса атомных ледоколов "Ленин", "Сибирь" и других, которые успешно эксплуатируются до настоящего времени. Опыт работы этих ледоколов использован при разработке корпусных сталей для судов, работающих в сложных условиях мелководья прибрежных районов Арктики, с заходами в устья сибирских рек. Были разработаны и приняты в качестве корпусных материалов мелкосидящих атомных ледоколов типа "Таймыр" стали марок АБ-1, АБ1-А и АБ-2. В их состав кроме углерода (до 0,14%), кремния и марганца, использованных в качестве раскислителей, входят около 1 % хрома, 2-3 % никеля, до 0,3 % молибдена и до 1 % меди. Высокая дисперсность структурных составляющих достигается микролегированием алюминием и ванадием. Для повышения металлургического качества стали, используемой при изготовлении особо ответственных конструкций, применяют электрошлаковый переплав (на что указывает буква "ш" в марочном обозначении). Требуемый уровень механических свойств стали достигается после закалки и высокого отпуска. Механические свойства перечисленных сталей, а также сталей марок 10ГНБШ и 10ХНДМФ (АБ-А) приведены в табл. 5.10. Обладая высокой прочностью и пластичностью, эти стали сохраняют и высокие значения работы разрушения KV при температурах до минус 40 - минус 60 °С, т. е. обладают повышенной хладостойкостью. Стали марок 10ГНБШ и 10ХНДМФ разработаны как материалы для буровых установок типа "Шельф". Важнейшим достоинством этих сталей (зет-сталей) является высокая стойкость к слоистым (ламинарным) разрушениям. Слоистое разрушение в сварных конструкциях, выполненных из листов большой толщины, возникает в результате значительных сварочных напряжений или внешних нагрузок, направленных перпендикулярно поверхности проката. Мировой и отечественной практикой установлено, что высоким сопротивлением слоистым разрушениям обладают стали с высокими значениями характеристик пластичности и ударной вязкости. Их испытывают на образцах, вырезанных в направлении толщины листа (в z-направлении). В настоящее время сложилась практика оценивать уровень сопротивления стали слоистым разрушениям по величине относительного сужения. Установлено, что при значениях \pz более 30 % сталь можно применять в сварных конструкциях без риска слоистого разрушения. Пластичность стали в направлении толщины проката зависит в первую очередь от содержания серы и количества оксидных неметаллических включений. Содержание серы в сталях, стойких к слоистому разрушению, не должно превышать 0,01 %. Сталь подвергается полному раскислению, в ее состав вводят измельчающие зерно элементы.

Зет-стали подвергают также испытаниям на ударный изгиб на образцах с V-образным надрезом, вырезанных вдоль и поперек направления прокатки. Температура испытания должна быть ниже возможной минимальной рабочей температуры конструкции: при рабочей температуре -20 °С испытания проводятся при -40 °С, а при рабочей температуре -40 °С температура испытания соответственно понижается до -60 °С.

В настоящее время отечественная промышленность выпускает хорошо свариваемую, стойкую против слоистого разрушения сталь, соответствующую самым высоким требованиям международных классификационных обществ.

Литература

1. Учебник "материаловедение" Арзамасов. Б.М

2. http://mybiblioteka.su/1-3832.html

3. http://nwpi-fsap.narod.ru/lists/materialovedenie_lect/18.html

4. http://www.stroitelstvo-new.ru/sudostroenie/vysokoprochnye-stali.shtml

Приложение

Рис 1. Шпилька резьбовая оцинкованная, из высокопрочной стали.

Рис 2. Сталь арматурная

Размещено на Allbest.ru