Классификация сталей по структуре в нормализованном состоянии

Структура сталей после нормализации зависит от суммарного количества в них легирующих элементов (ƩЛЭ), которые сдвигают С-кривую вправо и снижают линии М_н и М_к (рис. 41).

а) б) в)

Рис. 41. Структурные классы сталей в нормализованном состоянии: а – перлитный, б – мартенситный, в – аустенитный

Структурные классы сталей в нормализованном состоянии:

4. Перлитный класс: ƩЛЭ<5%, структура – феррито-карбидные смеси, как правило сорбит пластинчатый;

5. Мартенситный класс: 5%<ƩЛЭ<13%, структура – мартенсит;

6. Аустенитный: ƩЛЭ≥13%, среди которых имеются γ-стабилизаторы структура - А_ЛЕГ.

Высоколегированные стали, не содержащие γ-стабилизаторов, после нормализации будут иметь ферритную или ледебуритную структуру.

1. Бронзы литейные и деформируемые. Маркировка, состав, структура, свойства.

Бронзы– это сплавы меди с различными элементами: оловом, алюминием, кремнием, хромом, кадмием, бериллием и др. Маркировка бронз начинается с букв Бр, далее следуют буквенные обозначения легирующих элементов, а затем цифры, показывающие содержание каждого элемента. Например, бронза БрОЦС6-6-3 содержит 6%Sn, 6%Zn, 3%Pb, остальное – медь.

Оловянные бронзы

В системе Cu–Sn образуются следующие фазы:

· α-твердый раствор олова в меди;

· химические соединения Cu₅Sn (β-фаза), Cu₃Sn (ε-фаза), Cu₃₁Sn₈ (δ-фаза).

Практическое значение имеют сплавы, содержащие до 10…12%Sn. По содержанию олова бронзы делят на:

· деформируемые, с содержанием Sn до 6%;

· литейные,с содержанием Sn более 6%.

Деформируемые бронзы (БрО5) имеют однофазную структуру α-твердого раствора. Упрочняются холодной пластической деформацией, применяются в виде прутков, лент и проволоки. В отожженном состоянии они обладают высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости, поэтому их используют для изготовления пружин, в электротехнике, химическом машиностроении и др.

Литейные бронзы (БрО10), имеют двухфазную структуру α–твердого раствора с включениями Cu₃₁Sn₈, что обеспечивает им высокие антифрикционные свойства. Применяются литейные бронзы для подшипников скольжения ответственного назначения.

Оловянные бронзы дополнительно легируют элементами: Zn, Pb, Ni, P.

Для экономии более дорогостоящего олова в бронзы добавляют 2…15%Zn. Цинк улучшает жидкотекучесть, плотность отливок, повышает механические свойства, способность к сварке и пайке (БрОЦ4-3).

Свинец повышает антифрикционные свойства и улучшает обрабатываемость резанием (БрОЦС4-4-2,5).

Фосфор повышает жидкотекучесть, упругие и антифрикционные свойства (БрОФ6,5-0,4).

Никель способствует измельчению структуры и повышению механических и коррозионных свойств (БрОЦСН3-7-5-1).

Задача: 50ХГА Термообработка: закалка + средний отпуск. Структура - троостит отпуска. Свойства: высокие пределы упругости, текучести и выносливости. Рессорно-пружинные стали должны иметь высокую прокаливаемость, пластичность, вязкость, релаксационную стойкость.

Билет № 20

1. Закалка стали. Назначение процесса. Получаемые структура и свойства. Способы закалки. Достоинства и недостатки каждого из них.

Закалка – нагрев доэвтектоидной стали на 30..50°С выше А_С3, заэвтектоидной - на 30..50°С выше А_С1, выдержка и последующее охлаждение со скоростью выше критической (Рис. 38, 42). Цель закалки – получение структуры мартенсита.

Структуры сталей после закалки:

· доэвтектоидных - М+А_ОСТ,

· эвтектоидной - М+А_ОСТ,

· заэвтектоидных – М+А_ОСТ+Ц_II.

Жаростойкие и коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали. Состав, структура, области применения

Жаростойкость (окалиностойкость) – этостойкость металла против газовой коррозии (окисления) при высоких температурах. При температурах выше 550°С железо окисляется с образованием рыхлого оксида FeO. Для повышения жаростойкости стали легируют хромом, а также дополнительно алюминием и кремнием, которые образуют на поверхности металла плотные оксидные пленки Cr₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, обладающие защитными свойствами. Жаростойкость стали, т.е. максимальная температура, при которой сохраняются защитные свойства пленки, не зависит от структуры стали, а определяется, главным образом, содержанием в ней хрома. Введение в сталь 5…8% Cr (15Х5) повышает жаростойкость до 750°С, 15…17% Cr (12Х17) – до 1000°С, 25…30% Cr (15Х25Т) – до 1100°С.

Жаростойкие стали применяют в условиях высоких температур при небольших механических нагрузках (печное оборудование, электро- нагреватели, теплообменники и др.) Жаростойкие стали используются, как правило, без упрочняющей термообработки. Многие жаростойкие стали одновременно являются и коррозионно-стойкими.

Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали – это стали устойчивые против электрохимической коррозии. Для защиты от электрохимической коррозии в сталь вводят хром в количестве не менее 13%, при этом электрохимический потенциал становится положительным. Необходимо, чтобы хром находился в твердом растворе, для предотвращения связывания хрома в карбиды содержание углерода в стали должно быть небольшим.

По химическому составу нержавеющие стали подразделяют на хромистые и хромоникелевые.

Стали 12Х13 и 20Х13 Хромистые нержавеющие стали

Применяют их для работы в слабоагрессивных средах для деталей, подвергающихся ударным нагрузкам – клапанов гидравлических прессов, предметов домашнего обихода.

1. Диаграмма состояния AI-Cu. Укажите сплавы, подвергаемые термической обработке. Опишите термическую обработку сплава с 4,5% Cu.

Дуралюмины (Д1, Д3, Д6, Д16 и т.п.) – сплавы системы Al-Cu. Основным легирующим элементом является медь. Сплав Д1 содержит 3,8…4,8%Cu, 0,5…1,5% магния, ~0,5% марганца. Согласно диаграмме Al-Cu (рис. 46) в сплавах образуются следующие фазы:

· α – твердый раствор меди в алюминии, максимальная растворимость Cu в Al составляет 5,7%;

· θ –твердый раствор на основе химического соединения СuAl₂, содержащего 54,1%Cu.

Структура сплава Д1 в равновесном состоянии (после литья) α + θ_II, причем частицы θ_II располагаются по границам зерен и охрупчивают сплав (рис. 47 а).

Рис. 46. Диаграмма состояния Al – Cu

Для упрочнения дуралюминов проводится термическая обработка: закалка + старение. Закалка заключается в нагреве до температуры ~ 500°С, при которой хрупкая избыточная θ_II-фаза полностью растворяется в α-твердом растворе, быстрое охлаждение фиксирует структуру пересыщенного твердого раствора меди в алюминии (рис. 47б, 48 а).

а) б) в)

Рис. 47. Микроструктуры дуралюмина: а – после литья (α + θ_II), б – после закалки (α – твердый раствор), в – после закалки и старения

Для повышения прочности закаленного сплава проводят старение. Старение – это упрочнение закаленного сплава за счет распада пересыщенного твердого раствора и выделения избыточных вторичных фаз в мелкодисперсном виде (дисперсионное твердение).

Естественное старениезаключается в выдержке закаленного сплава при комнатной температуре 5…7 суток. Искусственное старение заключается в выдержке при повышенной температуре 100…200°С в течение 10…24 часов.

Задача: 45ХН Термообработка: улучшение(закалка + высокий отпуск), структура сорбит отпуска зернистый

Билет №21

1. На диаграмму изотермического распада переохлажденного аустенита нанести режимы охлаждения при отжиге, нормализации, закалке. Назначение этих процессов. Получаемые структура и свойства.

Цель отжига – получение равновесной структуры. Это достигается путем медленного охлаждения детали вместе с печью (рис. 38). Структуры сталей после отжига соответствуют равновесной диаграмме состояния (Fe-Fe₃C):

· доэвтектоидных - П+Ф,

· эвтектоидной – П,

· заэвтектоидных – П+Ц_II.

Нормализация – это нагрев доэвтектоидных сталей на 40…50 °С выше А_С3, заэвтектоидных – на 40..50°С выше А_Сm, выдержка и последующее охлаждение на спокойном воздухе

Закалка – нагрев доэвтектоидной стали на 30..50°С выше А_С3, заэвтектоидной - на 30..50°С выше А_С1, выдержка и последующее охлаждение со скоростью выше критической (Рис. 38, 42). Цель закалки – получение структуры мартенсита.

Структуры сталей после закалки:

· доэвтектоидных - М+А_ОСТ,

· эвтектоидной - М+А_ОСТ,

· заэвтектоидных – М+А_ОСТ+Ц_II.

Стали для режущего инструмента, их состав, маркировка, термообработка, структура и применение