Латунь. Легированные стали
Содержание
Введение 3
1.
Латунь 4
2.
Легтрованные
стали
6
3.
Конструкционные
(машиностроительные) улучшаемые легированные стали
10
Заключение
13
Список использованной
литературы
14
Введение
Металлы находят широкое применение в современной технике благодаря как химическим, так, в особенности, и физическим их свойствам. Общность физических свойств металлов (высокая электрическая проводимость, теплопроводность, ковкость, пластичность) объясняется общностью строения их кристаллических
решеток.
Латуни
благодаря своим качествам нашли широкое применение в машиностроении,
химической промышленности, в производстве бытовых товаров.
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.
1. Латунь
Сплавы
меди с цинком с содержанием цинка до 50% носят название латунь. Латунь
"60" содержит, например, 60 весовых частей меди и 40 весовых частей цинка. Для литья цинка под
давлением применяют сплав, содержащий около 94% цинка, 4% алюминия и 2% меди.
Это дешевые сплавы, обладают хорошими механическими свойствами, легко
обрабатываются. Латуни благодаря своим качествам нашли широкое применение в машиностроении,
химической промышленности, в производстве бытовых товаров. Для придания
латуням особых свойств в них часто добавляют алюминий, никель, кремний,
марганец и другие металлы. Из латуней изготавливают трубы для радиаторов
автомашин, трубопроводы, патронные гильзы, памятные медали, а также части
технологических аппаратов для получения различных веществ.
По химическому
составу различают латуни простые и сложные, а по структуре - однофазные и
двухфазные. Простые латуни легируются одним компонентом: цинком.
Однофазные
простые латуни имеют высокую пластичность; она наибольшая у латуней с 30-32%
цинка (латуни Л70 , Л67). Латуни с более низким содержанием цинка (томпаки и
полутомпаки) уступают латуням Л68 и Л70 в пластичности, но превосходят их в
электро- и теплопроводности. Они поставляются в прокате и поковках.
Двухфазные простые
латуни имеют хорошие ковкость (но главным образом при нагреве) и повышенные
литейные свойства и используются не только в виде проката, но и в отливках.
Пластичность их ниже чем у однофазных латуней, а прочность и износостойкость
выше за счет влияния более твердых частиц второй фазы.
Прочность простых
латуней 30-35 кгс/мм^2 при однофазной структуре и 40-45 кгс/мм^2 при
двухфазной. Прочность однофазной латуни может быть значительно повышена
холодной пластической деформацией. Эти латуни имеют достаточную стойкость в
атмосфере воды и пара (при условии снятия напряжений, создаваемых холодной
деформацией).
Когда требуется высокая пластичность,
повышенная теплоотводность применяют латуни с высоким содержанием меди (Л06 и
Л90). Латуни Л62, Л60,Л59 с большим содержанием цинка обладают более высокой
прочностью, лучше обрабатываются резанием, дешевле, но хуже сопротивляются
коррозии.
Латунь ЛЦ40С - sв=215МПа, d=12%, 70НВ.
Элементы, специально вводимые в сталь
в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств,
называются легирующими элементами, а стали – легированными.
Cодержание легируюшихх элементов
может изменяться в очень широких пределах: хром или никель – 1% и более
процентов; ванадий, молибден, титан, ниобий – 0,1… 0,5%; также кремний и
марганец – более 1 %. При содержании легирующих элементов до 0,1 % –
микролегирование.
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.
Достоинства легированных сталей:
1. особенности обнаруживаются в термически обработанном
состоянии, поэтому изготовляются детали, подвергаемые термической обработке;
2. улучшенные легированные стали обнаруживают более
высокие показатели сопротивления пластическим деформациям ;
3. легирующие элементы стабилизируют аустенит, поэтому
прокаливаемость легированных сталей выше;
4. возможно использование более «мягких» охладителей
(снижается брак по закалочным трещинам и короблению), так как тормозится распад
аустенита;
5. повышаются запас вязкости и сопротивление
хладоломкости, что приводит к повышению надежности деталей машин.
Недостатки:
1. подвержены обратимой отпускной хрупкости II рода;
2. в высоколегированных сталях после закалки остается
аустенит остаточный, который снижает твердость и сопротивляемость усталости,
поэтому требуется дополнительная обработка;
3. склонны к дендритной ликвации, так как скорость
диффузии легирующих элементов в железе мала. Дендриты обедняются, а границы –
междендритный материал – обогащаются легирующим элементом. Образуется
строчечная структура после ковки и прокатки, неоднородность свойств вдоль и
поперек деформирования, поэтому необходим диффузионный отжиг.
4. склонны к образованию флокенов.
Флокены – светлые пятна в изломе в поперечном сечении
– мелкие трещины с различной ориентацией. Причина их появления – выделение
водорода, растворенного в стали.
При быстром охлаждении от 200o
водород остается в стали, выделяясь из твердого раствора, вызывает большое
внутреннее давление, приводящее к образованию флокенов.
Меры борьбы: уменьшение содержания
водорода при выплавке и снижение скорости охлаждения в интервале
флокенообразования.
Легированные конструкционные стали
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.
Наиболее широкое применение в
строительстве получили низколегированные стали, а в машиностроении -
легированные стали.
Легированные конструкционные стали
маркируют цифрами и буквами. Двухзначные цифры, приводимые в начале марки,
указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы справа от
цифры обозначают легирующий элемент. Пример, сталь 12Х2Н4А содержит 0.12% С, 2%
Cr, 4% Ni и относится к высококачественным, на что указыКонструкционные
(машиностроительные) цементируемые (нитроцементуемые) легированные стали
Для изготовления деталей, упрочняемых
цементацией, применяют низкоуглеродистые (0.15-0.25% С) стали. Содержание
легирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, но должно
обеспечить требуемую прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины.
Хромистые стали 15Х, 20Х
предназначены для изготовления небольших изделий простой формы, цементируемых
на глубину 1.0-1.5мм. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают
более высокими прочностными свойствами при некоторой меньшей пластичности в
сердцевине и лучшей прочности в цементируемом слое., чувствительна к перегреву,
прокаливаемость невелика.
Сталь 20Х - sв=800МПа, s0.2=650МПа, d=11%, y=40%.
Хромованадиевые стали. Легирование
хромистой стали ванадием (0.1-0.2%) улучшает механические свойства (сталь
20ХФ). Кроме того, хромованадиевые стали менее склонны к перегреву. Используют
только для изготовления сравнительно небольших деталей.
Хромоникелевые стали применяются для
крупных деталей ответственного значения, испытывающих при эксплуатации значительные
динамические нагрузки. Повышенная прочность, пластичность и вязкость сердцевины
и цементированного слоя. Стали малочувствительны к перегреву при длительной
цементации и не склонны к перенасыщению поверхностных слоев углеродом
Сталь 12Х2Н4А - sв=1150МПа, s0.2=950МПа, d=10%, y=50%.
Хромомарганцевые стали применяют во
многих случаях вместо дорогих хромоникелевых. Однако они менее устойчивы к
перегреву и имеют меньшую вязкость по сравнению с хромоникелевыми.
В автомобильной и тракторной
промышленности, в станкостроении применяют стали 18ХГТ и 25ХГТ.
Сталь 25ХГМ - sв=1200МПв, s0.2=1100МПа, d=10%, y=45%.
Хромомарганцевоникелевые стали.
Повышение прокаливаемости и прочности хромомарганцевых сталей достигается
дополнительным легированием их никелем.
На ВАЗе широко применяют стали
20ХГНМ, 19ХГН и 14ХГН.
После цементации эти стали имеют
высокие механические свойства.
Сталь 15ХГН2ТА - sв=950МПа, s0.2=750МПа, d=11%, y=55%.
Стали, легированные бором. Бор
увеличивает прокаливаемость стали, делает сталь чувствительной к перегреву.
В промышленности для деталей,
работающих в условиях износа при трении, применяют сталь 20ХГР, а также сталь
20ХГНР.
Сталь 20ХГНР - sв=1300МПа, s0.2=1200МПа, d=10%, y=09%.
3. Конструкционные
(машиностроительные) улучшаемые легированные стали
Стали имеют высокий предел текучести,
малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при
многократном приложении нагрузок, высокий предел выносливости и достаточный
запас вязкости. Кроме того, улучшаемые стали обладают хорошей прокаливаемостью
и малой чувствительностью к отпускной хрупкости.
Хромистые стали 30Х, 38Х, 40Х и 50Х
применяют для средненагруженных деталей небольших размеров. С увеличением
содержания углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость.
Прокаливаемость хромистых сталей невелика.
Сталь 30Х - sв=900МПа, s0.2=700МПа, d=12%, y=45%.
Хромомарганцевые стали. Совместное
легирование хромом (0.9-1.2%) и марганцем (0.9-1.2%) позволяет получить стали с
достаточно высокой прочностью и прокаливаемостью (40ХГ). Однако хромомарганцевые
стали имеют пониженную вязкость, повышенный порог хладноломкости (от 20 до
-60°С), склонность к отпускной хрупкости и росту зерна аустенита при нагреве.
Сталь 40ХГТР - sв=1000МПа, s0.2=800МПа, d=11%, y=45%.
Хромокремнемарганцевые стали. Высоким
комплексом свойств обладают хромокремнемарганцевые стали (хромансил). Стали
20ХГС, 25ХГС и 30ХГС обладают высокой прочностью и хорошей свариваемостью.
Стали хромансил применяют также в виде листов и труб для ответственных сварных
конструкций (самолетостроение). Стали хромансил склонны к обратимой отпускной
хрупкости и обезуглероживанию при нагреве.
Сталь 30ХГС - sв=1100МПа, s0.2=850МПа, d=10%, y=45%.
Хромоникелевые стали обладают высокой
прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Они применяются для изготовления
крупных изделий сложной конфигурации, работающих при динамических и
вибрационных нагрузках.
Сталь 40ХН - sв=1000МПа, s0.2=800МПа, d=11%, y=45%.
Хромоникелемолибденовые стали.
Хромоникелевые стали обладают склонностью к обратимой отпускной хрупкостью, для
устранения которой многие детали небольших размеров из этих сталей охлаждают
после высокого отпуска в масле, а более крупные детали в воде для устранения
этого дефекта стали дополнительно легируют молибденом (40ХН2МА) или вольфрамом.
Сталь 40ХН2МА - sв=1100МПа, s0.2=950МПа, d=12%, y=50%.
Хромоникелемолибденованадиевые стали
обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью и низким порогом
хладноломкости. Этому способствует высокое содержание никеля. Недостатками
сталей являются трудность их обработки резанием и большая склонность к
образованию флокенов. Стали применяют для изготовления наиболее ответственных
деталей турбин и компрессорных машин.
Сталь 38ХН3МФА - sв=1200МПа, s0.2=1100МПа, d=12%,
y=50%.
Заключение
Все металлы и сплавы, применяемые в
настоящее время в технике, можно разделить на две основные группы. К первой из
них относят черные металлы - железо и все его сплавы, в которых оно составляет
основную часть. Этими сплавами являются чугуны и стали. Ко второй группе
относят цветные металлы и их сплавы. Они получили такое название потому, что
имеют различную окраску.
Однако более широкое
применение имеют сплавы металлов. К сплавам относятся системы,
состоящие из двух или нескольких металлов, а также из металлов
и неметаллов, обладающие свойствами, присущими
металлическому состоянию.
Сплавы чаще всего обладают
более ценными свойствами, чем чистые металлы. Большое
значение имеют различные виды сталей (с глав железа с
углеродом): используя легирующие элементы (хром, никель,
ванадий, молибден, вольфрам, титан, марганец и др.), можно получать сплавы с
заданными свойствами.
Список использованной
литературы.
1. Матюнин В.М. Карпман М.Г., Фетисов Г.П. Материаловедение и
технология металлов - Высшая школа Год: 2002
2.
Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов - Высшая школа, 2000
3. Ю.М.Лахтин, В.П.Леонтьева «Материаловедение» «Технология металлов
и материаловедение» под редакцией к.т.н. Л.Ф.Усовой.
5. Лахтин Ю.М. Материаловедение.