реферат. Реферат по вопросам Инструментальные легированные стали. Маркировка инструментальных легированных сталей. Алмазная сталь
 Скачать 63.47 Kb.
|
|
Балтийский Государственный Технический Университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова Реферат по вопросам: Инструментальные легированные стали. Маркировка инструментальных легированных сталей. Алмазная сталь. Подготовила: КОЛИКОВ ИВАН Группа: ЗЕ491 Проверил: Киреев О.Л. БГТУ Военмех им. Д. Ф. Устинова Дата: «___»______2021 г. Санкт-Петербург 2021 г. СодержаниеСписок литературы 13 Введение Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами. 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. Сталь, содержащая один или несколько легирующих элементов, вводимых для придания изделию определенных физико-механических свойств, называется легированной. Содержание некоторых элементов, когда они не являются легирующими, не должно превышать: кремния (Si) - 0,5%; марганца (Мп) - 0,8%; хрома (Сг) 0,3%; никеля (Ni) - 0,3%; меди (Си) -0,3% Легированные стали подразделяют на подклассы: низко-, средне-, и высоколегированные Легированные стали .1 Определение Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами, а стали - легированными. Легирующие элементы изменяют механические (прочность, пластичность), физические, эксплуатационные и химические свойства стали. В конструкционных сталях, которые мы будем рассматривать далее, легирование осуществляют с целью улучшения механических свойств - прочности, пластичности и т.д. Нужный комплекс свойств достигается не только легированием, но и рациональной термической обработкой, в результате которой получается необходимая структура. Как правило, легирующие элементы существенно повышают стоимость стали, а некоторые из них к тому же являются дефицитными металлами, поэтому добавление их в сталь должно быть строго обосновано. Легирующие элементы в стали по-разному взаимодействуют с железом и углеродом. Они образуют с железом как γ-, так и α - твердые растворы различной концентрации, то есть они могут входить в состав аустенита и феррита, упрочняя их. При этом легирующие элементы оказывают различное влияние на устойчивость аустенита: одни расширяют этот интервал (например, никель) и при достаточном содержании делают аустенит устойчивым даже при комнатной температуре. Такие стали называют аустенитными. Другие (например, хром), наоборот уменьшают устойчивость γ-железа и могут совсем устранить аустенитное превращение; при достаточном содержании таких элементов(например более 13% хрома), γ -железа не существует при всех температурах, вплоть до плавления, и сталь остается ферритной. Аустенитные и ферритные стали закалки не принимают, так как они не имеют практически фазовых превращений в твердом состоянии. По отношению к углероду легирующие элементы разделяются на две группы: ) элементы, образующие с углеродом устойчивые химические соединения - карбиды (хром, марганец, вольфрам, ванадий, титан, молибден) ) элементы, не образующие в стали карбидов и входящие в твердый раствор - феррит (никель, кремний, кобальт, алюминий, медь). Содержание легирующих элементов в сталях может изменяться в очень широких пределах. Сталь считают легированной хромом или никелем, если содержание этих элементов составляет 1 % или более. При содержании ванадия, молибдена, титана, ниобия и других элементов более 0,1-0,5 % стали считают легированными этими элементами. Сталь является легированной и в том случае, если в ней содержатся только элементы, характерные для углеродистой стали, марганец или кремний, а их количество должно превышать 1 %. Существует несколько классификаций, позволяющих систематизировать стали, что упрощает поиск стали нужной марки с учетом ее свойств. Стали классифицируют по химическому составу, способу выплавки, по структуре в отожженном или нормализованном состоянии, по качеству и по назначению. .2 Классификация легированной стали Классификация по структуре в отожженном состоянии. По структуре в отожженном состоянии стали делят на доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные и ледебуритные. К ледебуритному классу относятся стали с большим содержанием углерода и карбидообразующих элементов, в результате чего в их структуре имеются первичные карбиды - легированный ледебурит. Ледебуритная сталь, по существу, является хромовым белым чугуном, но хром настолько улучшает его свойства, что он удовлетворительно куется и в производстве заменяет сталь. На рис.1(см.приложение) приведена структурная диаграмма отожженной хромовой стали в зависимости от содержания углерода и хрома. Концентрация легированного эвтектоида для стали с различным содержанием хрома характеризуется линией I, а предельная концентрация углерода в легированной аустените линией II. Доэвтектоидная сталь состоит из легированного перлита и избыточного легированного феррита, заэвтектоидная - из легированного перлита и карбидов, а ледебуритная - из легированных ледебурита, перлита и карбидов. На диаграмме также указана область ферритной стали, полученной при большом содержании хрома и малом содержании углерода. Классификация стали по структуре в нормальном состоянии. По структуре после охлаждения на воздухе легированные стали разделяют на три основных класса: перлитный, мартенситный и аустенитный. Ранее было отмечено, что легирующие элементы увеличивают устойчивость аустенита в перлитной области и понижают температуру мартенситного превращения. Поэтому при одинаковой скорости охлаждения до комнатных температур при разном содержании легирующих элементов и углерода получаются различные структуры. При меньшем содержании никеля и углерода мартенситная точка на диаграмме выше, так как мартенситное превращение проходит при более высокой температуре; охлажденная на воздухе до комнатной температуры сталь принимает структуру мартенсита. При небольшом содержании никеля и углерода скорость охлаждения на воздухе оказывается меньше критической скорости закалки и сталь, охлажденная на воздухе до комнатной температуры, имеет структуру троостита, сорбита и перлита. Заштрихованные участки диаграммы указывают состав стали, занимающий положение промежуточных классов: перлитно-мартенситного и мартенситно-аустенитного. .3 Маркировка легированной стали Для обозначения легирующих элементов приняты следующие буквы: Х- хром, Н - никель, Г - марганец, С - кремний, В - вольфрам, М -молибден, Ф - ванадий, К -кобальт, Т - титан, Ю - алюминий, Д - медь, П - фосфор, Р - бор, Б - ниобий, А -азот, Е - селен, Ц - цирконий. Марка стали обозначается сочетанием букв и цифр. Для конструкционных марок стали первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы - наличие соответствующих элементов, а цифры, следующие за буквами, - процентное содержание этих компонентов в стали. Если после какой-то буквы отсутствует цифра, то это значит, что сталь содержит данный элемент в количестве до 1,5 %., например, марка 35Х обозначает хромовую сталь, содержащую около 0,35% С и до 1,5 % Сr, марка 45Г2 обозначает марганцевую сталь, содержащую около 0,45%С и около 0,3%С, до 1,5% Сr и около 3%Ni и т.д. Нестандартные стали обозначают различным образом. Наиболее часто встречается обозначение буквами ЭИ и ЭП и номером. Такая маркировка показывает, что сталь выплавлена на заводе "Электросталь" (буква Э), сталь исследовательская (буква И) или пробная (буква П). Состав таких сталей приведен в справочниках (Ш - шарикоподшипниковая, Б - быстрорежущая, Е - магнитотвердая). Для обозначения высококачественной легированной стали в конце маркировки добавляют букву А, например, 30ХГСА, для обозначения особо высококачественной стали - букву Ш (через дефис), например30ХГС-Ш. Качественная легированная сталь содержит серы более 0,035%, высококачественная - не более 0, 025%, особо высококачественная - не более 0,015%. Для стали инструментальной легированной порядок маркировки по легирующим компонентам тот же, что и для конструкционной, но количество углерода указывается первой цифрой в десятых. Если цифра отсутствует, то сталь содержит около или более 1% углерода. Дефекты легированных сталей Кроме дефектов, характерных для углеродистых сталей, в легированных сталях проявляются и специфические дефекты: дендритная ликвация, флокены и отпускная хрупкость II рода. Дендритная ликвация. Наличие легирующих элементов увеличивает температурный интервал кристаллизации. Кроме того, диффузионные процессы в легированных сталях протекают медленно. В результате увеличивается склонность таких сталей к дендритной ликвации и полосчатости в структуре. Устраняется дендритная ликвация диффузионным отжигом. Флокены. Как уже отмечалось, газы оказывают различное влияние газов на свойства сталей, указывалось на их нежелательное присутствие, так как свойства сталей ухудшаются, например, возникает один из дефектов легированных сталей-флокены (трещины, которые можно выявить при макротравлении). На изломах флокены имеют вид блестящих круглых или овальных пятен, являющихся поверхностью трещин. Установлено, что флокены образуются при быстром охлаждении металла от 200 °С после ковки или прокатки вследствие присутствия в металле водорода, растворившегося в жидком металле при плавке. Выделяясь в деформированной стали из твердого раствора, он вызывает сильные внутренние напряжения, приводящие к образованию флокенов. Флокены чаще образуются в конструкционных сталях, содержащих хром и никель. Для предупреждения их образования после горячей пластической деформации металл в области 250-200 °С охлаждают медленно или подвергают выдержке при этих температурах. Это дает возможность водороду удалиться из стали. 1.5 Структура легированных сталей в нормализованном состоянии Легированные стали в зависимости от структуры, получаемой после нагрева до 900°С и охлаждения на воздухе (т.е. после нормализации), подразделяются на пять классов; . перлитный; . мартенситный; . аустенитный; . ферритный; . карбидный, По мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в интервале температур перлитного превращения возрастает, а температурная область мартенситного превращения понижается. Это схематично отражено на диаграмме распада аустенита (рис.1)  Рис.1. Диаграмма изотермического распада аустенита для сталей трёх классов (схема). В зависимости от содержания легирующих элементов и углерода при заданной скорости охлаждения (на воздухе) можно получить разную структуру. Стали перлитного класса характеризуются небольшим содержанием легирующих элементов (менее 5...7%). Для них, как и для углеродистых сталей, кривая скорости охлаждения при нормализации будет пересекать С-кривые перлитного распада. Следовательно, будут получаться структуры перлитного типа: перлит, сорбит, тростит. Стали мартенситного класса содержат большее количество легирующих элементов (обычно 7... 15 %). В присутствии никеля, даже при общем количестве легирующих элементов около 5 %, сталь может относиться к мартенситному классу. Содержание углерода в сталях мартенситного класса обычно не превышает 055 %, Область перлитного распада в этих сталях сдвинута вправо, поэтому охлаждение на воздухе приводит к переохлаждению аустенита до температур мартенситного превращения, где и происходит образование мартенсита. Стали аустенитного класса содержат более 15 % легирующих элементов, в том числе не менее 8 % никеля или около 13 % марганца. В большинстве этих сталей содержание углерода не превышает 0,2 %. Легирующие элементы (особенно никель), растворяясь в аустените, очень сильно повышают его устойчивость. При этом не только сдвигается вправо область перлитного распада, но и точка начала мартенситного превращения снижается в область отрицательных температур. В результате сталь, охлажденная на воздухе до комнатной температуры, сохраняет аустенитную структуру. Стали ферритного класса содержат от 17 до 30 % хрома или не менее 2,5% кремния. Это малоуглеродистые стали, в которых процент углерода не превышает 0,2. Растворяясь в феррите, хром очень сильно повышает его устойчивость. Такие стали практически не имеют фазовых превращений при нагреве вплоть до плавления, то есть сохраняют ферритную структуру во всех интервалах температур. К сталям карбидного (ледебуритного) класса относятся высокоуглеродистые (более 0,7 % С), легированные большим количеством карбидообразующих элементов, преимущественно вольфрамом, ванадием, молибденом, хромом. Легирующие элементы образуют с углеродом большое количество специальных карбидов. Уже в процессе кристаллизации стали образуются карбиды, входящие в состав эвтектики, напоминающей ледебурит. При охлаждении на в сталях карбидного класса, подобно сталям мартенситного класса, основа структуры получается мартенситной. Микроструктура сталей различных классов в нормализованном состоянии показана на рис.2.  Риc. 2. Микроструктуры сталей различных классов в нормализованном состоянии, увеличение 100: а) перлит и феррит; б) мартенсит игольчатый; в) аустенит; г) феррит; д) бесструктурный мартенсит и карбиды. Рассмотренная классификация легированных сталей условна и относится к случаю охлаждения на воздухе образцов небольших сечений. Меняя условия охлаждения можно в одной и той же стали получать различные структуры и свойства. 6 Свойства и применение легированных сталей По назначению легированные стали разделяются на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами. Стали перлитного класса с различным содержанием углерода нашли широкое применение как конструкционные материалы для изготовления различных конструкций и деталей машин. Для изготовления конструкций применяют преимущественно низколегированные стали с невысоким содержанием углерода, что обеспечивает им хорошую свариваемость. Детали из улучшаемых сталей подвергают закалке в масле и высокому отпуску. Такая термообработка называется улучшением. Закалка даёт мартенситную структуру. Мартенсит при высоком отпуске распадается на сорбит, сочетающий достаточную прочность с повышенной вязкостью. Такие детали хорошо работают в условиях динамических нагрузок. Стали, легированные кремнием, марганцем и некоторыми другими элементами и содержащие 0,5...0,65 %С, используются для изготовления пружин и рессор. Они подвергаются закалке и среднему отпуску на тростит, который обеспечивает хорошую упругость и прочность. К перлитному классу принадлежат и шарикоподшипниковые стали. Это высокоуглеродистые стали, легированные небольшим количеством хрома (не более 1,5 %). Закалка и низкий отпуск обеспечивают им мартенситную структуру, прочность и износостойкость. Заключение Легированные стали широко применяют в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных металлоконструкций. Стали, в которых суммарное количество содержание легирующих элементов не превышает 2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% - к легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более 45%). Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали, а в машиностроении - легированные стали. Легирующие элементы могут растворяться в феррите, аустените., цементите, образовывать специальные карбиды (карбиды легирующих элементов в отличии от карбида железа) или интерметаллидные соединения с железом и между собой, например, FeCr, FeV и т.д. Растворяясь в аустените или феррите, легирующие элементы упрочняют эти фазы, делают их более устойчивыми против распада при нагреве и охлаждении, изменяя температуры фазовых превращений и структуру сталей. Легированная сталь обладает ценнейшими свойствами, которых нет у углеродистой стали, и не имеет ее недостатков. Применение легированной стали повышает долговечность изделий, экономит металл, увеличивает производительность, упрощает проектирование и потому в прогрессивной технике приобретает решающее значение. 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. Список литературы 1. Технология металлов и конструирование материалы. В.М. Никифоров, Москва, 2008, Изд. “Высшая школа”. . Гуляев А.П. Металловедение. . Матюнин В.М. Карпман М.Г., Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов - Высшая школа Год: 2002 . Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов - Высшая школа, 2000 . Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева «Материаловедение» «Технология металлов и материаловедение» под редакцией к.т.н. Л.Ф.Усовой.2004 . Гуляев А.П. Металловедение.2006 . Лахтин Ю.М. Материаловедение.2009 8. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. М., 2000. . Антикайн П.А. Металловедение. М., 2002. 11. Технология металлов и сварка. Под ред. П.И. Полухина. М. Высшая школа. 2007. . Строительные материалы. А.Г. Домокеев. М. Высшая школа. 2009 . Большая советская энциклопедия. Под ред. А.М. Прохорова. М. изд. «Советская энциклопедия». 2004. . Технология конструкционных материалов. Учебник для ВУЗов. /Под ред. А.М. Дальского - М.: Машиностроение, 2004 . Лахтин Ю.М., Леонтьева В.В. Материаловедение. Учебник для ВУЗов. - М.: 2000 . Жадан В.Т., Гринберг Б.Г., Никонов В.В. Технология металлов и других конструкционных материалов. - М.: 2000 . Лахтин Ю.М. Основы металловедения. - М.:2008 . Евсеев Г.Б., Глизмененко Д.А. «Оборудование и технология газопламенной обработки металлов и неметаллических материалов». М.: Машгиз, 2000. - 312с. . Гельман А.С. «Основы сварки давленим». М.: Машиносроение, 2009. - 312 с. . Лашко Н.С., Лашко С.В. Вопросы теории и технологии пайки. М.: Машгиз, 2005. - 328 с. . Молодык Н. В., Зенкин А.С., Сварка деталей машин. Справочник. - М.: Машиностроение, 2009. - 480 с.: ил. . Никифоров Н.И., Нешумова С.П., Антонов И.А. «Справочник газосварщика и газорезчика» М. «Академия», 2009. . Николаев Г. А., Винокуров В. А., Сварные конструкции. Справочник технолога: Учебн. для вузов/Под ред. Г. А. Николаева. - М: Высш. шк., 2000. - 446с.: ил. . Ольшанский Н.А., Николаев Г.А. «Специальные методы сварки». М.:Машиностроение, 2005. - 232 с. . Соколов И.И. «Газовая сварка и резка металлов», М. «Высшая школа», 2001. . Справочник по сварке. Т. I-IV. М.: Машгиз. 2000. - 416 стр. . Теоретические основы сварки. М.: Высшая школа, 2009. 592с. . Ширшов И.Г., Котиков В.Н. «Плазменная резка», М. «Машиностроение», 2009. |