3.2. Классификация легированных сталей по равновесной структуре (после отжига).

Все легированные стали в равновесном состоянии могут быть разделе­ны на следующие структурные классы:

Ферритный класс. Стали этого класса характеризуются тем, что γ ↔ λ прев ра­щение во всем интервале температур до плавления отсутствует, т.к. в них низкое содержание углерода и высокое содержание легирующего эле­мента, сужающего γ - область (Cz, Si, Мo и др.). Структура таких сталей- -легированный феррит или легированный феррит с карбидами.

Полуферритный класс. В сталях этого класса γ ↔ λ превращение идет только частично, т.к.обычно в них содержится несколько большее коли­чество углерода и компонентов, расширяющих γ - область, по сравнению со сталями ферритного класса. Структура таких сталей - легированный феррит и аустенит.

Аустенитный класс. К этому классу относятся стали, в которых γ ↔ λ превращение при нагревании и охлаждении отсутствует, т.к. в них высо­кое содержание легирующих элементов, расширяющих γ - область (Мn, N, Ni c Cz и др.). Структура таких сталей - аустенит или аустенит с карбидами.

Перлитный класс. К этому классу относятся все углеродистые, а так­же низко - и среднелегированные стали. Структура таких сталей-феррит и карбиды. По структуре они характеризуются ферритом и перлитом (доэвтектоидные стали, перлитом (эвтектоидные стали), перлитом и избы­точными карбидами (заэвтектоидные стали).

Ледебуритный класс. Эти стали состоят из феррита и карбидов. Значи­тельная часть карбидов - эвтектические (ледебуритные). Эти карбиды, как правило, отличаются от вторичных и эвтектоидных большими разме­рами зерен. По структуре в литом виде они характеризуются эвтекти­кой (ледебуритом) и аустенитом. В кованом и отожженном состоянии - тонким перлитом и первичными и вторичными карбидами. К сталям это­го класса относятся стали с высоким содержанием углерода и легирую­щего элемента, образующего стойкие карбиды.

3.3. Принцип маркировки легированных сталей. Наименование марок сталей состоит из обозначения элементов и следующих за ними цифр. Цифры, стоящие после букв, указывают среднее содержание легирующего элемента в процентах. Цифра перед буквенным обозначением указывают среднее или максимальное содержание углеро­да в сотых долях в конструкционных и в десятых долях процента в инструментальных сталях. Химические элементы в марках стали обозначены следующими буквами:

А - азот П - фосфор

Р - бор Б - ниобий

С - кремний В - вольфрам

Т - титан Г - марганец

Ф - ванадий Д - медь

Ю - алюминий Е - селен

К - кобальт М - молибден

X - хром Н - никель

Ц - цирконий Ч - РЗМ

4. ЗДАНИЕ ПО РАБОТЕ

4.1. Зарисовать микроструктуру легированных сталей 60С2, 110Г13Л ШХ15, Р18, 1218H9T с указанием структурных составляющих.

4.2. Указать типовой режим окончательной термической обработки стали.

4.3. Указать области применения стали

5. ФОРМА ОТЧЕТА

№ пп	Марка стали	Состав стали	Класс ста­ли по рав­новесной структуре	Зарисовка структуры (формата Ø40)	Режим типо­вой окончательной термо­обра­ботки	св-ва	Приме­нение стали
5.1	55Х20Г9АН4	0,55% 20,0%Сz 9,0%Мn Менее 1,0%N 4,0Ni	Аустенитный	Аустенит	Закалка с Т=1160- 1190°С воде Отпуск при Т=160-780ºС	*	Клапаны автомо­бильных моторов

*) Сталь жаропрочная. Температура окалинообразования 950°С

Срок службы длительный (от 1000 до 10000 часов), а в отдель­ных случаях до 20000 часов. Рекомендуется температура применения 850°С.

6. Контрольные вопросы

6.1. Какова цель легирования?

6.2. Влияние легирующих элементов на фазовые превращения в стали.

6.3. Принцип маркировки легированных сталей

6.4. Основные структурные классы легированных сталей после отпуска. Отпущенный мартенсит, Бейнит, Троостит, Сорбит, Перлит, Аустенит

6.5. Основные структурные классы легированных сталей после нормализации. С - сорбит, Т – троостит, Б – бейнит, М – мартенсит, А – аустенит.

ЛАБОРОТОРНАЯ РАБОТА № 10

СВАРНОГО ШВА СТРУКТУРА

Сварка – технологический процесс создания (соединения) двух или более заготовок методом плавления на атомно-молекулярном уровне. Сваркой соединяют металлы, сплавы, стекло, полимеры, пластмассы, порошковые материалы, комкозиты и др. Сварка может осуществляться плавлением, трением, давлением взрывом и смешанными способами.

Рассмотрим старейшую ручную дуговую сварку плавящимся электродом. В принципе – это мини плавка в малом объеме с большими скоростями нагрева и охлаждения поэтому при сварке могут возникать дефекты подобные для металлургии, литейного производства: неметаллические включения, газовые пузырьки, микро и макротрещины непровары, стен. усадочные раковины, рыхлоты перекосы, пригоры, коробление и т.д.

Чтобы провести качественно сварку, нужно иметь профессиональную гордость и совесть. Должна отсутствовать влага (Н₂О→2Н+О), масла (С_пН_т→РС+тН) рисовчине (FeO→Fe+O), пыль, шов должен быть защищен аргоном, СО₂, вакуумом от повторного насыщения металла атомерными Н, N, O. Не должно быть резких переходов температуры, сквозняков. Необходимо провести энергетическую активацию поверхностных атомов с помощью деформации, магнитного, теплового излучения.

Рис.22.Структура сварного шва

НМ – наплавленный металл – сварной шов

ОМ – основной металл

III – область пережога и перегрева

II – область нормализации – полной перекристаллизации

I – область не полной перекристаллизации

ОМ подвергается низкому и высокому отпуску

При сварке металла толщиной более 3мм желательно произвести разделку шва, как это показано на Рис.22. Известно, что дендриды при кристаллизации жидкого металла растут перпендикулярно фронту отвода тепла. При подобной разделке металла неметаллические включения, газовые пузыри в большинстве своем не будут запутываться в кристаллах, свободно всплывая на поверхность. Качество сварного шва и околошовной области будет повышаться.

Свариваемость – способность металлов и сплавов образовывать хорошие неразделимые соединения на атомно-молекулярном уровне без дефектов.

Свариваемость металлов и сплавов может быть хорошей, удовлетворительной, ограниченной и плохой. Хорошо свариваются низкоуглеродистые конструкционные стали с содержанием углерода от 0,02 до 0,25%, удовлетворительно-содержащие углерода от 0,25 до 0,35%, ограничено свариваются углеродистые стали содержащие более 0,35÷0,45% углерода, при С>0,45% - плохо.

Следует помнить, что все легирующие элементы свариваемость ухудшают в большей или меньшей степени. Чтобы определять свариваемость необходимо пользоваться формулами углеродного эквивалента согласно госту

Сэ = С% +

Мn, Ni, Cu улучшают свариваемость, но ведут к образованию закалочных структур и возникновению трещин. Сu, Mo, V, W, Ti и др. Сильно ухудшают свариваемость и необходимо применять технологические приемы, чтобы не образовалось заколочных структур и трещин. H, N, O, S, P вредные элементы и резко ухудшают свариваемость и их содержание должно быть минимальнейшим.

Защита дуги и сварного шва от H, N, O аргоном, СО₂ или шлаком от флюса.

у силение шва

разделка шва

основной металл

корень шва

Рис. 24. Геометрия сварного шва

Любому металлургу, мехобработчику, механику необходимо знать и понимать микроструктуру сварного шва. На рис. 24 показана микроструктура сварного соединения низкоуглеродистой конструкционной стали.

ОМ – область основного свариваемого металла, который может нагреваться до 700ºС - 300ºС и длительное время находиться в горячем состоянии. Особенно у легированных сталей может появиться отпускная хрупкость, синеломкость. У низкоуглеродистых сталей она отсутствует.

ОТВ – область термического влияния, где металл нагревается от 700º – 1540ºС. На I участке температура может достигать 720º - 900 ºС и происходить не полная перекристаллизация металла. На низкоуглеродистые стали не происходит практически никакого влияния, у легированных сталей может быть частичная закалка.

На II участке температур может достигать 900-1200ºС, происходит полная перекристаллизация низкоуглеродистой стали, зерно измельчается (нормализация) и мехсвойства возрастают. У легированных и высокоуглеродистых сталей возможно образование заколочных структур – мартенсита и возникновение трещин. Чтобы этого избежать сталь нагревают до температуры 300-600ºС, заваривают и медленно охлаждают.

На III участке температура достигает от 1200º до 1500ºС, металл перегрет, сильно растет зерно, мехсвойства низко и среднеуглеродистых конструкционных и легированных сталей может образовываться видманштеттовая структура и мехсвойства сильно снизятся особенно вязкость и пластичность. В зоне перегрева могут образоваться и развиваться трещины. Если в непосредственной близости от зоны наплавленного металла в него произойдет проникновение H, N, O, то образуется неисправимый брак – «пережог». Зерно будет окислено, с большим количеством нитридов. При сварке необходимо сварной шов и околошовную область защищать аргоном, углекислым газом.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

МИКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Изучить микроструктуру медных, алюминиевых и свинцовых (под­шипниковых) сплавов.

1.2. Установить связь между составом, структурой и свойствами этих сплавов.

2. ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

2.1. Набор шлифов медных, алюминиевых и подшипниковых сплавов

2.2. Металлографические микроскопы МИМ-7, МИМ-8

2.3. Альбом с фотографиями микроструктур

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

3.1. Сплавы на основе меди

Медные сплавы можно разделить на две группы:

латуни - сплавы меди с цинком

бронзы - сплавы меди с любым другим элементом, кроме цинка

3.2. Латуни

Латуни бывают двойные и многокомпонентные. Многокомпонентные ла­туни, кроме меди и цинка, содержат еще один или несколько других ле­гирующих элементов (алюминий, никель, железо, марганец, олово, кремний, свинец).

Из диаграммы (рис.25) видно, что предельная растворимость цинка в меди при комнатной температуре составляет 39%. Таким образом, ла­туни, содержание до 39% цинка, являются однофазными. Структура одно­фазных латуней λ твердый раствор Zп в Си.

Рис.25 Диаграмма состояния сплавов медь- цинк

Латуни, содержащие 39-47% цинка являются двухфазными. Структура двухфазных латуней - λ - твердый раствор Zn в Cu и фаза, предс­тавляющая собой твердый раствор, основой которого служит химическое соединение CuZn. - фаза ниже температур 453-470°С (пунктирная линия на диаграмме состояния Cu-Zn) является упорядоченным твер­дым раствором: атомы меди располагаются в вершинах куба, а атомы цин­ка - в его центре. В интервале температур 453-470ºС происходит разупорядочение твердого раствора, т.е. атомы меди и цинка беспорядочно располагаются в решетке соединения CuZn. Разупорядоченный твердый раствор на основе CuZn обозначают β.

Переход неупорядоченного твердого раствора в упорядоченный соп­ровождается резким падением пластичности и повышением хрупкости спла­вов, что затрудняет их обработку. Поэтому изделия из двухфазных лату­ней получают методом горячей обработки давлением.

К многокомпонентным относятся латуни с добавками алюминия, олова, никеля, марганца, железа и кремния, которые повышают твердость, прочность, коррозионную стойкость и литейные свойства. Свинец улучшает обрабатываемость резанием.