Комплексно-леговані сталі
Комплексно-леговані сталі
Вступ
Високоміцна сталь - сталь <#"center">1. Комплексно-леговані сталі
В основу класифікації легованих сталей закладені чотири ознаки: - Рівноважна структура; - Структура охолодження на повітрі - Хімсклад; - Призначення. За рівноважної структурі леговані сталі підрозділяються на доевтектоїдні, евтектоїдні, заевтектоїдні і ледебуритні і ферритні, феррито-перлітні, перлітні, перліто-цементітні. В ледебуритного сталях присутній евтектика (ледебурит), яка характерна для чавунів. Стали, леговані сильними аустенізаторамі (C, Mn, Ni, Co, Cu), мають розширену γ-область і відносяться до аустенітного класу. Стали, леговані сильними феррітоутворюючими елементами, відносяться до феритної класу (Cr, Mo, W, Ti і ін) Після нормалізації (нагрівання вище АСЗ і охолодження на повітрі) леговані сталі мають такі основні класи: феритної, перлітний, мартенситних і аустенітний. Перліт може мати структуру сорбіту, тростіта, бейніта в малолегованої сталях, мартенситу в легованих і аустеніту (в високолегованих). За хімскладу стали класифікуються в залежності від легуючих елементів: хромисті, марганцовисті, хромонікелєві, хромонікельмолібденові і багато інших. Леговані сталі можуть бути низьколеговані (до 3% легуючих елементів), середньолеговані (від 3 до 10%), високолеговані (від 10 до 50%). Леговані стали, як і вуглецеві, діляться за якістю залежно від вмісту шкідливих домішок (S і P), газів (H, N, O), неметалевих включень, способу виплавки, мехякостей. Стали звичайного якості (загального призначення) містять фосфору і сірки ~ до 0,035 і 0,04%; якісні до 0,025% кожного елемента, високоякісні (до 0,015% і до 0,025%) і особливо високоякісні (до 0,01% кожного елемента). За призначенням стали класифікуються на:
а) конструкційні;
б) інструментальні;
в) стали і сплави з особливими властивостями. Деякі стали, що виготовляються на заводах "Електросталь" у м. Елек-тросталь, "Спецсталь" у м. Златоуст, "Дніпроспецсталь" в м. Запоріжжя і деяких інших, позначаються ЕІ, ЕП з порядковим номером розробки (ЕІ 962 - 11Х11Н2В2МФА, ЕП 33 - 10Х11Н23Т3МР і т.д.) Дані по таким сталям можна знайти тільки в технічних умовах (ТУ) заводів, МРТУ. Конструкційні стали складають саму велику групу матеріалів, які йдуть на виготовлення деталей машин, будівельних конструкцій. Вони повинні мати високі мехякості, бути довговічними, надійними. Високі мехякості досягаються у "покращених" сталей (гартування з відпуском). Для підвищення мехякостей, збільшення закаливаемость і прокалюваності стали легують, мікролегірують. Істотно позначається на підвищення мехвластивостей подрібнене зерно. Зменшення вмісту шкідливих домішок сталі (S, P, N, H, O, Sb, As і ін.) дуже сильно впливає на підвищення мехвластивостей, ефективний засіб проти відпускної крихкості 1 роду (~ 270 - 330° С) і 2 роду (~ 470 - 520° С). Щоб уникнути окрихчування при відпустці сталей необхідно передбачити швидке охолодження після відпустки в інтервалах цих температур.
Для поліпшення фізичних, хімічних, міцнісних і технологічних властивостей, стали легують, вводячи в їх склад різні легуючі елементи (хром, марганець, нікель та ін.) Стали можуть містити один або кілька легуючих елементів, які надають їм спеціальні властивості. Легуючі елементи вводять в сталь для підвищення її конструкційної міцності. Основною структурною складовою в конструкційної сталі є ферит, що займає в структурі не менше 90% за об'ємом. Розчиняючись в фериті, легуючі елементи ущільнюють його. Твердість фериту (в стані після нормалізації) найбільш сильно підвищують кремній, марганець і нікель - елементи з гратами, що відрізняється від решітки α-Fe. Молібден, вольфрам і хром впливають слабкіше. Більшість легуючих елементів, зміцнюючи ферит і мало впливаючи на пластичність, знижують його ударну в'язкість (за винятком нікелю). При вмісті до 1% марганець і хром підвищують ударну в'язкість. Понад цього змісту ударна в'язкість знижується, досягаючи рівня нелегованого фериту при 3% Сг і 1,5% Мп. Збільшення вмісту вуглецю в сталі посилює вплив фази карбіду, дисперсність якої залежить від термічної обробки і складу сплаву. Значною мірою підвищенню конструктивної міцності при легуванні стали сприяє збільшення прокалюваності. Найкращий результат по поліпшенню прокалюваності стали досягають при її легуванні декількома елементами, наприклад Сг + Мо, Cr + Ni, Cr + Ni + Mo та іншими поєднаннями різних елементів. Висока конструктивна міцність стали забезпечується раціональним вмістом у ній легуючих елементів. Надмірне легування (за винятком нікелю) після досягнення необхідної прокалюваності призводить до зниження в'язкості і полегшує крихке руйнування сталі. Хром сприятливо впливає на механічні властивості конструкційної сталі. Його вводять в сталь у кількості до 2%; він розчиняється в ферит і цементиті. Нікель - найбільш цінний легуючий елемент. Його вводять в сталь в кількості від 1 до 5%. Марганець вводять в сталь до 1,5%. Він розподіляється між ферритом і цементитом. Нікель помітно підвищує межа плинності стали, але робить сталь чутливою до перегріву. У зв'язку з цим для подрібнення зерна одночасно з нікелем в сталь вводять карбідоутворюючі елементи. Кремній є некарбідоутворюючим елементом, і його кількість в стали обмежують до 2%. Він значно підвищує межу текучості сталі і при утриманні більше 1% знижує в'язкість і підвищує поріг холодоламкості. Молібден і вольфрам є карбідоутворюючі елементами, які здебільшого розчиняються в цементиті. Молібден в кількості 0,2-0,4% і вольфрам в кількості 0,8-1,2% в комплексно легованих сталях сприяють подрібненню зерна, збільшують прокалюваність і покращують деякі інші властивості сталі. Ванадій і титан - сильні карбідоутворюючі елементи, які вводять в невеликій кількості (до 0,3% V і 0,1% Ti) в сталі, що містять хром, марганець, нікель, для подрібнення зерна. Підвищений вміст ванадію, титану, молібдену і вольфраму в конструкційних сталях неприпустимо через утворення спеціальних важкорозчинних при нагріванні карбідів. Надлишкові карбіди, розташовуючись по межах зерен, сприяють крихкому руйнуванню і знижують прокалюваність стали. Бор вводять для збільшення прокалювання в дуже невеликих кількостях (0,002-0,005%). Маркування легованих сталей. Марка легованої якісної сталі складається з поєднання букв і цифр, що позначають її хімічний склад. Легуючі елементи мають такі позначення (ГОСТ4547-71): хром (X), нікель (Н), марганець (Г), кремній (С), молібден (М), вольфрам (В), титан (Т), алюміній (Ю), ванадій (Ф), мідь (Д), бор (Р), кобальт (К), ніобій (Б), цирконій (Ц). Цифра, що стоїть після букви, вказує на вміст легуючого елемента у відсотках. Якщо цифра не вказана, то легуючого елемента міститься до 1,5%. В конструкційних якісних легованих сталях дві перші цифри марки показують вміст вуглецю в сотих частках відсотка. Крім того, високоякісні леговані сталі мають в кінці марки букву А, а особливо високоякісні - Ш. Наприклад, сталь марки 30ХГСН2А: високоякісна легована сталь містить 0,30% вуглецю, до 1% хрому, марганцю, кремнію і до 2% нікелю; сталь марки 95Х18Ш: особливо високоякісна, виплавлена методом електрошлакового переплаву з вакуумування, містить 0,9-1,0% вуглецю; 17-19% хрому, 0,030% фосфору і 0,015% сірки. Леговані конструкційні стали ділять на: - цементуємі; - покращувані; - високоміцні. Цементуємі леговані сталі (ГОСТ 4543-71). Цементуємі сталі - це низьковуглецевих (до 0,25 С), низько- (до 2,5%) і середньолеговані (2,5-10% сумарний вміст легуючих елементів) стали. Ці сталі призначені для деталей машин і приладів, що працюють в умовах тертя і зазнають ударні і змінні навантаження. Працездатність таких деталей залежить від властивостей серцевини та поверхневого шару металу. Цементуємі стали насичують з поверхні вуглецем (цемент) і піддають термічній обробці (гартуванню та відпуску). Така обробка забезпечує високу поверхневу твердість (HRC 58-63) і зберігає необхідну в'язкість і задану міцність серцевини металу. Комплексно-леговані сталі - це середньовуглеродисті (0,25-0,6% С) леговані сталі, термоущільнені при низькому відпустці або піддаються термомеханічної обробки. Поліпшується і цементуємі стали після термічної обробки дають міцність до σ в = 1300 МПа і в'язкість до КС = 0,8 - 1,0 МДж / м 2. Для створення нових сучасних машин такої міцності недостатньо. Необхідні сталі з межами міцності σ в = тисячу п'ятсот - 2000 МПа. Для цих цілей застосовують комплексно-леговані і мартенсітостаріючі сталі.
Високоміцні леговані сталі.
МаркаМежа міцності при розтягуванні, σ в МПа,Відносне подовження, δ%,Ударна в'язкість, КС, Призначенняне меншене меншеМДж / м2Комплексно-леговані сталі30ХГСН2А 40ХГСН3ВА1850/1650 2000/185013/9 11/120,55/0,62 0,45/0,5Особливо відповідальні важконавантажених деталі (деталі шасі і фюзеляжу в авіабудуванні), що працюють в умовах різко мінливих навантаженьМартенсітостареющіе сталиН12К15М10 Н18К9М5Т2500 21006 80,3 0,5Особливо відповідальні важконавантажених деталі
Примітка до таблиці:
. Показники механічних властивостей в числителю - після гартування від 900°С і низького відпустки при 250° С, в знаменнику - після ізотермічного загартування.
. Показники механічних властивостей для сталі у стані після загартування на повітрі і подальшого старіння.
комплексний легований сталь високоміцна
Перелік посилань
1.Материаловедение /Под ред. Б.Н. Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1986. - 384 с.
2.Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. - М.: Машиностроение, 1980. - 493 с.
.Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1977. - 648с.
.Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. - М.: Металлургия, 1985. - 408с.
.Масленков С.Б. Жаропрочные стали и сплавы. Справочное издание. - М.: Металлургия, 1983. - 192с.