Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали
Чем больше содержание углерода в стали, тем выше её прочность и твёрдость, а пластичность и вязкость ниже (рис. 25). При содержании С>0,8% прочность падает из-за образования по границам зёрен хрупкой цементитной сетки (см. рис. 20 з).
Постоянные примеси попадают в сталь в процессе выплавки.
Полезные примеси: Mn от 0,3 до 0,8% и Si до 0,4%. Кремний повышает предел текучести, но снижает пластичность, марганец повышает прочность, не снижая пластичности.
Вредные примеси: сера, фосфор и газы (О2, Н2, N2). Сера вызывает красноломкость – разрушение металла при горячей обработке давлением (1000…1200˚С). Марганец связывает серу в более тугоплавкое соединение MnS, предупреждая красноломкость. Фосфор способствует хладноломкости стали, каждая 0,01% Р повышает порог хладноломкости на 20…25˚С. Газы охрупчивают сталь.
1. Виды и назначение отпуска закаленной стали. Температуры нагрева для отпуска, получаемые структуры и свойства.
Отпуск – нагрев закаленной стали до температур ниже АС1, выдержка и охлаждение. Цель отпуска – получение окончательной структуры и свойств стали.
Характеристика видов отпуска
| Виды отпуска | Температура, °С | Структура | Свойства | Применение |
| Низкий | 150…250 | Мотп | HRC, σв | Инструмент, подшипники, детали после ХТО и ТВЧ |
| Средний | 350…500 | Тотп | σупр, σ-1 | Рессоры, пружины |
| Высокий | 500…680 | Сотп | КС | Валы, оси, шатуны |
1. Деформируемые алюминиевые сплавы, их состав, методы упрочнения.
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 + θII, причем частицы θII 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 θII-фаза полностью растворяется в α-твердом растворе, быстрое охлаждение фиксирует структуру пересыщенного твердого раствора меди в алюминии
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: 12ХН3А(0,12%- углерод, 1%- хром, 0,3%- никель, А – высококачественная) Структура сердцевины – мартенсит, низкоуглеродистый.
ТО: цементация + закалка + низкий отпуск
Билет № 2
1. Критические точки железа и стали в диаграмме Fe-C. Явление полиморфизма. Влияние легирующих элементов на критические точки А3, А4.
Полиморфизм – это свойство металла иметь разные кристаллические решетки (полиморфные модификации) при разных температурах. Полиморфизм присущ многим металлам, например, Feα имеет ОЦК-решетку, Feγ – ГЦК, Tiα – гексагональную, Tiβ – ОЦК и т.д. Температура полиморфного превращения чистых металлов постоянна: Feα↔Feγ – 910оС; Tiα↔Tiβ – 882 оС. Полиморфные модификации имеют разные свойства.
Основные критические точки и линии диаграммы (рис. 19):
точка А – температура плавления чистого железа 1539°С;
точка D – температура плавления цементита 1250°С;
точка G – 910°С (А3) – температура полиморфного α↔γ превращения железа;
точка N – 1392°С (А4) – температура полиморфного γ↔δ превращения железа;
ABCD – линия ликвидус;
AJECF – линия солидус;
ES – линия переменной растворимости углерода в аустените;
PQ – линия переменной растворимости углерода в феррите;
точка Е – предельная растворимость углерода в аустените (2,14% С);
точка Р – предельная растворимость углерода в феррите (0,02% С)