1. Атомнокристаллическое строение металлов. Основные типы кристаллических решеток. Анизотропия. Полиморфизм
 Скачать 1.38 Mb.
|
хромистые (ферритный и мартенситный класс) и хромоникелевые (аустенитный класс). Маркировка, структура, свойства, области применения. Это стали, к которым предъявляются повышенные требования по коррозионной стойкости. Коррозионно-стойкие стали – высоколегированные т содержащие не менее 13% Cr, что обеспечивает образование на поверхности металла пассивирующей защитной пленки. Их разделаяют на классы: мартенситный, мартенситно-ферритный (Ф>10%), ферритный, аустенитно-ферритный (Ф>10%), аустенитный, аустенитный-мартенситный. 08X13, 12X13 Стали содержат более 12,5% хрома. Структура и свойства хромистых сталей зависят от количества углерода и хрома. 08X13, 12X17, 15Х25Т по своему признаку являются сталями ферритного класса. Упрочняющей обработке они не подвергаются. Остальные из перечисленных марок хромистых сталей относятся к сталям мартенситного класса. закаливаются на воздухе. Упрочняющая обработка этих сталей зависит от назначения. Стали 20X13, 30X13 могут использоваться после типового термического улучшения (шестерни, валы) со структурой сорбита или после закалки и среднего отпуска (пружины, рессоры) со структурой троостита. Стали 30X13, 40X13 могут применяться для изготовления коррозионностойкого режущего инструмента и подшипников, поэтому режим их обработки соответствует инструментальным сталям и заключается в закалке и низкотемпературном отпуске на структуру мартенсит и вторичные карбиды. Второй важной группой нержавеющих сталей являются хромоникелевые 04Х18Н10 аустенитного класса. Наиболее используемые и универсальные. Преимущества: коррозийная стойкость, высокая пластичность, вязкость. Недостаток: восприимчивость к местной коррозии – растрескиванию, точечной, МежКристаллическаКоррозия. Структура хромоникелевых сталей зависит от содержания углерода и может включать в себя кроме аустенита феррит и карбиды хрома. Т/О заключается в закалке 1050-1150 + Быстрое охлаждение в воде, далее отпуск для снятия напряжений. 32. Термическая обработка коррозионно- стойких хромистых и хромоникелевых аустенитных сталей. хромоникелевые 04Х18Н10 аустенитного класса. Наиболее используемые и универсальные. Преимущества: коррозийная стойкость, высокая пластичность, вязкость. Недостаток: восприимчивость к местной коррозии – растрескиванию, точечной, МежКристаллическаКоррозия. Структура хромоникелевых сталей зависит от содержания углерода и может включать в себя кроме аустенита феррит и карбиды хрома. Т/О заключается в закалке 1050-1150 + Быстрое охлаждение в воде, далее отпуск для снятия напряжений. 33. Межкристаллитная коррозия аустенитных нержавеющих сталей и способы ее ослабления. Причиной МКК является электрохимическая неоднородность пограничных участков по сравнению с самими зернами. Из-за этой неоднородности пограничные участки являются анодами и быстро подвергаются коррозионному разрушению. аустенитных сталях, содержащих 17 - 19 % Сг, обедненный хромом слой образуется на границах зерен в интервале 450 - 700 °С. При этих температурах диффузионная подвижность атомов углерода велика, а хрома мала. Закаленный аустенит является пересыщенным по отношению к углероду; в нем содержится 0,08 - 0,12% С, а его растворимость при 20 - 25 °С достигает лишь 0,03 %. Нагрев до 450 - 700 °С даже в течение нескольких минут сопровождается выделением избытка углерода в виде Мв2зСб и появлением обедненного хромом слоя (рис. 15.4). Для предупреждения МКК аустенитные стали дополнительно легируют титаном или ниобием. Каждый элемент активно связывает углерод в прочный карбид МеС, и для образования карбида Мв2зСб углерода не остается. Стали, содержащие титан или ниобий, называются стабилизированными, их применяют для сварных конструкций, не опасаясь, что зона термического влияния потеряет стойкость против МКК. При устра- нении обедненного хромом слоя после повторной закалки или стабилизирующего отжига при 850 °С с выдержкой не менее 3 ч, достаточного для диффузионного выравнивания содержания хрома в этом слое и в зернах, стойкость против МКК восстанавливается. Аустенитные стали с содержанием не более 0,03 % С не восприимчивы к МКК. Однако даже у них после длительной эксплуатации при 500 — 600°С теряется стойкость против МКК из-за увеличения концентрации примесей на границах аустенитных зерен. Опасным является содержание свыше 0,01 % Р, 0,1 % Si, а также 0,001 % В. Разновидностью МКК является ножевая коррозия сварных соединений, когда основной металл разрушается на узких полосках шириной около 0,1 мм по обе стороны от металла шва. Она связана с растворением карбида МеС в самой горячей зоне основного металла и выделением карбида хрома СггзСб в этой зоне при охлаждении сварного соединения. Понижение содержания углерода в стали затрудняет развитие этого вида коррозии. Лучшей стойкостью против ножевой коррозии обладает сталь 08Х18Н12Б. Хромомарганцевые стали, содержащие азот, нельзя легировать титаном или ниобием для защиты от МКК. Оба элемента в первую очередь будут взаимодействовать с азотом, образуя нитриды. В этих сталях для повышения стойкости против МКК уменьшают содержание углерода до 0.03. 34. Износостойкие стали, их термическая обработка, области применения. Чтобы материал имел повышенную износостойкость в таких условиях, необходима высокая твердость. Наряду с высокоуглеродистыми сталями в качестве износостойких материалов используют белый чугун, твердые сплавы. Последние имеют исключительно высокую износостойкость. Особую группу износостойких сталей составляют шарикоподшипниковые стали, имеющие около 1 % C и от 0,6 до 1,5 % Cr: ШХ6 (0,6 % C), ШХ9 (0,9 % C), ШХ15 (1,5 % C) и др. В качестве износостойкого сплава используется и графитизированная сталь. Такая сталь имеет в своем составе повышенное содержание углерода (1,3…1,75 %) и кремния (1,3…1,75). Благодаря этому часть углерода в стали выделяется в виде графита. Графитизированные стали применяется для изготовления штампов, калибров, валов. Износостойкие материалы в условиях действия ударного изнашивания в абразивной струе. Типичными – деталями подвергающимися подобному износу, являются рабочие органидезинтеграторов (мельниц для дробления песка).Наиболее износостойкими материалами в условиях ударного абразивного износа являются твердые сплавы типа ВК, состоящие из карбидов вольфрама и кобальта при содержании кобальта около 6 % (ВК6), но этот материал очень дорог. Более перспективными являются спеченные стали с карбидным упрочнением, у которых износостойкость помимо карбидов создается упрочняющей термической обработкой. Износостойкая высокомарганцовистая сталь марки Г13 для работы в условиях изнашивания, сопровождаемого большими удельными нагрузками. Сталь Г13 имеет в своем составе 1…1,4 % углерода и 12…14 % марганца, она имеет аустенитную структуру и относительно низкую твердость (200…250 HB). Сталь Г13 широко используется для изготовления таких деталей, как корпуса шаровых мельниц, щек камнедробилок, крестовин рельсов, гусеничных траков, козырьков землечерпалок и т.д. Склонность к интенсивному наклепу является характерной особенностью сталей аустенитного класса. 35. Шарикоподшипниковые стали. Маркировка, термическая обработка. Для изготовления тел качения и подшипниковых колец небольших сечений обычно используют высокоуглеродистую хромистую сталь ШХ15 (0.95-1.0% С и 1.3-1.65% Cr), а больших сечений - хромомарганцевую сталь ШХ15СГ (0.95-1.05% С, 0.9-1.2% Cr, 0.4-0.65% Si и 1.3-1.65% Mn), прокаливающуюся на большую глубину. Стали обладают высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактной усталости. К сталям предъявляются высокие требования по содержанию неметаллических включений, так как они вызывают преждевременное усталостное разрушение. Недопустима также карбидная неоднородность. Для изготовления деталей подшипников качения, работающих при высоких динамических нагрузках, применяют цементуемые стали 20Х2Н4А и 18ХГТ. После газовой цементации, высокого отпуска, закалки и отпуска детали подшипника из стали 20Х2Н4А имеют на поверхности 58-62 HRC и в сердцевине 35-45 HRC. Сталь ШХ6, сталь ШХ15ГС Ш – индекс данной группы сталей. Х – указывает на наличие в стали хрома. Последующее число показывает содержание хрома в десятых долях процента, в указанных сталях, соответственно, 0,6 % и 1,5 %. Также указываются входящие с состав стали легирующие элементы. Содержание углерода более 1 %.Шарикоподшипниковые стали - высокоуглеродистые или низкоуглеродистые в цементованном состоянии стали, обладающие высокой твердостью. Легируются обычно хромом. 37. Быстрорежущие стали и их термическая обработка. Маркировка, области применения. Стали содержат 0,7…1,5 % углерода, до 18 % основного легирующего элемента – вольфрама, до 5 % хрома и молибдена, до 10 % кобальта Добавление ванадия повышает износостойкость инструмента, но ухудшает щлифуемость. Кобальт повышает теплостойкость до 650 o С и вторичную твердость HRC 67…70. Микроструктура быстрорежущей стали в литом состоянии имеет эвтектическую структурную составляющую. Для получения оптимальных свойств инструментов из быстрорежущей стали необходимо по возможности устранить структурную неоднородность стали – карбидную ликвацию. Для этого слитки из быстрорежущей стали подвергаются интенсивной пластической деформации (ковке). При этом происходит дробление карбидов эвтектики и достигается более однородное распределение карбидов по сечению заготовки. Затем проводят отхиг стали при температуре 860…900 o С. Структура отожженной быстрорежущей стали – мелкозернистый (сорбитообразный) перлит и карбиды, мелкие эвтектоидные и более крупные первичные. Количество карбидов около 25 %. Для получения оптимальных свойств стали в готовом инструменте необходимо при термической обработке обеспечить максимальное насыщение мартенсита легирующими элементами. При закалке быстрорежущие стали требуют нагрева до очень высоких температур, около 1280 o С. Для снижения термических фазовых напряжений нагрев осуществляют ступенчато: замедляют нагрев при температурах 600…650 o С и при 850…900 o С. Охлаждение производится в масле. Структура стали после закалки состоит из легированного, очень тонкодисперсного мартенсита, значительного количества (30…40 %) остаточного аустенита и карбидов вольфрама. Твердость составляет 60…62 HRC. Наличие аустенита остаточного в структуре закаленной стали ухудшает режущие свойства. Для максимального удаления аустенита остаточного проводят трехкратный отпуск при температуре 560 o С. При нагреве под отпуск выше 400 o С наблюдается увеличение твердости. Это объясняется тем, что из легированного остаточного аустенита выделяются легированные карбиды. Аустенит при охлаждении от температуры отпуска превращается в мартенсит отпуска, что вызывает прирост твердости. Увеличению твердости содействуют и выделившиеся при температуре отпуска мелкодисперсные карбиды легирующих элементов. Максимальная твердость достигается при температуре отпуска 560 o С. При термической обработке быстрорежущих сталей применяют обработку холодом. После закалки сталь охлаждают до температуры — 80 … — 100 o С, после этого проводят однократный отпуск при температуре 560 o С для снятия напряжений. Основными видами режущих инструментов из быстрорежущей стали являются резцы, сверла, долбяки, протяжки, метчики машинные, ножи для резки бумаги. Часто из быстрорежущей стали изготавливают только рабочую часть инструмента. 36. Инструментальные легированные стали перлитного класса. Маркировка, термическая обработка. Основным требованием для режущего инструмента: высокая твердость, теплостойкость. Инструментальные материалы подразделяют на три группы. К первой относят легированные стали перлитного класса, которые могут работать только при относительно малой скорости резания (допускают разогрев режущей кромки инструмента не выше 200-260 °С), При более высоких температурах происходят распад низколегированного мартенсита, коагуляция карбидной фазы, снижение твѐрдости и быстрое затупление инструмента. По составу это чаше всего заэвтектоидные стали с небольшой добавкой легирующих элементов. Наиболее распространенными являются стали марок 9X1, 9ХС, ХГС, ХВГ и др. (ГОСТ 5950-73). По сравнению с углеродистыми инструментальными названные стали имеют меньшую критическую скорость закалки и поэтому обладают большей прокаливаемостью, могут закаливаться в масле, что уменьшает закалочные деформации. Термическая обработка этих сталей состоит в неполной закалке с температур выше Ac1 в масло с низким отпуском. После такой обработки они имеют структуру мартенсита с мелкими вкраплениями карбидов. Обеспечивается твѐрдость HRC3 62-65. 38. Твердые сплавы. Марки. Применение. Твѐрдые сплавы — твѐрдые и износостойкие металлические материалы, способные сохранять эти свойства при 900—1150°С. В основном изготовляются на основе карбидов вольфрама, титана, тантала, хрома при различном содержании кобальта или никеля. Различают спечѐнные и литые твѐрдые сплавы. Главной особенностью спеченных твердых сплавов является то, что изделия из них получают методами порошковой металлургии и они поддаются только обработке шлифованием или физико-химическим методам обработки (лазер, ультразвук, травление в кислотах и др), а литые твердые сплавы предназначены для наплавки на оснащаемый инструмент и проходят не только механическую, но часто и термическую обработку (закалка, отжиг, старение и др). Порошковые твердые сплавы закрепляются на оснащаемом инструменте методами пайки или механическим закреплением. Так же твердые сплавы различают по металлам карбидов, в них присутствующих: вольфрамовые — ВК2, ВК3,ВК3М, ВК4В, ВК6М, ВК6, ВК6В, ВК8, ВК8В, ВК10, ВК15, ВК20, ВК25; титано- вольфрамовые — Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10, Т5К12В; титано-тантало-вольфрамовые — ТТ7К12, ТТ10К8Б.Безвольфрамовые ТНМ20, ТНМ25, ТНМ30 Твердые сплавы ввиду своей высокой твердости применяются в следующих областях: * Обработка резанием конструкционных материалов: резцы, фрезы, сверла, протяжки и прочий инструмент. * Оснащение измерительного инструмента: оснащение точных поверхностей микрометрического оборудования и опор весов. * Клеймение: оснащение рабочей части клейм. * Волочение: оснащение рабочей части волок. * Штамповка: оснащение штампов и матриц(вырубных, выдавливания и проч.). * Горнодобывающее оборудование: напайка спеченных и наплавка литых твердых сплавов. * Производство износостойких подшипников: шарики, ролики, обоймы и напыление на сталь. * Рудообрабатывающее оборудование: оснащение рабочих поверхностей. * Газотермическое напыление износостойких покрытий 39. Теплостойкость инструментальных углеродистых и легированных сталей и твердых сплавов. Теплостойкость - способность сохранять твердость (и режущие свойства(?)) при длительном нагреве в процессе работы. По теплостойкости различают три группы инструментальных сталей для режущего инструмента: нетеплостойкие, полутеплостойкие и теплостойкие. При нагреве до 200—300 °С нетеплостойких сталей в процессе резания углерод выделяется из мартенсита закалки и начинается коагуляция карбидов цементитного типа. Это приводит к потере твердости HRC и износостойкости режущего инструмента. К нетеплостойким относятся углеродистые и низколегированные стали. Полутеплостойкие стали, к которым относятся некоторые средне-легированные стали, например 9Х5ВФ, сохраняют твердость до температур 300—500 °С. Теплостойкие стали сохраняют твердость и износостойкость при нагреве до температур 600 °С. Тотпуска У10200 => Tраб220/ Углеродистые и низколегированные стали имеют сравнительно низкую теплостойкость и невысокую прокаливаемость, поэтому их используют для более легких условий работы при малых скоростях резания. Быстрорежущие стали, имеющие более высокую теплостойкость и прокаливаемость, применяют для более тяжелых условий работы. Твердые сплавы обладают также высокой теплостойкостью. WC BK 800; WC,Ti,C – 900; WC, (TiTa)C ТТК 1000С. С уменьшением в сплаве содержания карбида титана теплостойкость твердого сплава понижается 40. Наклеп. Влияние степени наклепа на структуру и механические свойства стали. Наклѐп — упрочнение металлов и сплавов вследствие изменения их структуры и фазового состава в процессе пластической деформации, при температуре ниже температуры рекристаллизации. Наклѐп сопровождается увеличением прочности и твѐрдости и снижением пластичности, ударной вязкости, сопротивления металлов деформации противоположного знака (эффект Баушингера). Различают два вида наклѐпа: фазовый и деформационный. Деформационный наклѐп является результатом действия внешних деформационных сил. При фазовом наклѐпе источником деформаций служат фазовые превращения, в результате которых образуются новые фазы с отличным от исходной(ых) удельными объѐмами. Деформационный наклѐп: 1. Дробеструйный наклѐп — упрочнение, которое достигается за счѐт кинетической энергии потока чугунной или стальной дроби, направляемым скоростным потоком воздуха, или роторным дробомѐтом. 2. Центробежно-шариковый наклѐп — создаѐтся за счѐт кинетической энергии шариков (роликов), расположенных на переферии обода, взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью и отбрасываются вглубь гнезда. 41. Рекристаллизация. Размер зерна при рекристаллизации. Критическая степень наклепа. Рекристаллизация, процесс образования и роста (или только роста) одних кристаллических зѐрен (кристаллитов) поликристалла за счѐт других той же фазы. Скорость Р. резко (экспоненциально) возрастает с повышением температуры. Р. протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах. При этом различают 3 стадии Р.: первичную, когда в деформированном материале образуются новые неискажѐнные кристаллиты, которые растут, поглощая зѐрна, искажѐнные деформацией, собирательную — неискажѐнные зѐрна растут за счѐт друг друга, вследствие чего средняя величина зерна увеличивается, и вторичную Р., которая отличается от собирательной тем, что способностью к росту обладают только немногие из неискажѐнных зѐрен. В ходе вторичной Р. структура характеризуется различными размерами зѐрен (разнозернистость). Р. устраняет структурные дефекты, изменяет размеры зѐрен и может изменить их кристаллографическую ориентацию (текстуру). Р. переводит вещество в состояние с большей термодинамической устойчивостью: при первичной Р. — за счѐт уменьшения искажений, внесѐнных деформацией, при собирательной и вторичной Р. — за счѐт уменьшения суммарной поверхности границ между зѐрнами. Р. изменяет все структурно-чувствительные свойства деформированного материала и часто восстанавливает исходные структуру, текстуру и свойства (до деформации). Иногда структура и текстура после Р. отличаются от исходных, соответственно отличаются и свойства. Р. широко используется в технологии металлов и сплавов для управления формой зѐрен, их размерами, текстурой и свойствами. Критическая степень наклепа - та минимальную степень деформации, которая вызывает появление первого максимума величины зерна на кривой D=f(e) независимо от истинных причин, вызвавших это появление. |