|
|
Классификация конструкционных материалов1. Материалы, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочность 2. Материалы с особыми технологическими свойствами 3. Износостойкие материалы 4. Материалы с высокими упругими свойствами 5. Материалы с малой плотностью 6. Материалы с высокой удельной прочностью 7. Материалы, устойчивые к воздействию температуры и рабочей среды. Классификация конструкционных сталей По химическому составу стали разделяют на углеродистые и легированные. Обе группы могут быть низкоуглеродистыми (<0,3% С), среднеуглеродистыми (0,3-0,7% С) и высокоуглеродистыми. Легированные стали могут быть хромистыми, марганцовистыми, хромоникелевыми, марганцевыми и др. Все они могут быть низко- (5%), средне- (5-10%) высоколегированными (>10%). По качеству разделяют стали на:
На качество стали оказывают влияние однородность химического состава, строения и свойств, содержание газов. По степени раскисления и характеру затвердевания стали бывают: спокойные (раскисляют Mn, Si, Al), полуспокойные, кипящие (раскисляют Mn). По структуре стали подразделяют на:
По назначению:
Углеродистые стали ГОСТ 380-94 регламентирует химический состав, степень раскисления при выплавке. Углеродистые стали обыкновенного качества маркируют сочетанием букв Ст и цифрой (0-6). Степень раскисления обозначают добавлением букв «сп», «пс», «кп». Концентрация углерода для всех сталей, кроме Ст0 равна 0,07*№марки. Т.е. в стали Ст3 содержание углерода ≈0,07*3≈0,21%. Углеродистые качественные стали маркируют двузначными числами: 08, 10, 15, 20….(ГОСТ 1050-88), обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 10 содержит в среднем 0,10% С и т.д. Спокойные стали маркируют без индекса, полуспокойные и кипящие с индексами «пс», «кп». Легированные стали по ГОСТ 4543-71 маркируют сочетанием из букв и цифр, обозначающих химический состав: Хром – Х, никель – Н, марганец – Г, кремний – С, молибден – М, ниобий – Б, вольфрам – В, ванадий – Ф, титан – Т, алюминий – Ю, медь – Д, бор – Р, кобальт – К. Число, стоящее после буквы указывает на примерное содержание легирующего элемента в %. Если число отсутствует – то легирующего элемента меньше или около 1%. Число в начале марки – содержание углерода в сотых долях процента. Буква А в конце марки означает, что сталь – высококачественная, особовысококачественные стали имеют на конце букву Ш.
Износостойкие материалы
Износостойкость – свойство материала оказывать в определенных условиях трения сопротивление изнашиванию. Изнашивание – процесс постепенного разрушения поверхностных слоев материала путем отделения его частиц под влиянием сил трения. Результат изнашивания называется износом. Его определяют по изменению размеров, уменьшению объема или массы. Существуют различные виды изнашивания: абразивное, адгезионное, гидро- и газоабразивное, эрозионное, гидро- и газоэрозионное, кавитационное, усталостное, фреттинг-процесс (при механическом способе воздействия), окислительное, фреттинг-коррозия (при коррозионно-механическом воздействии). Детали, подвергающиеся изнашиванию подразделяют на две группы: 1 – образующие пары трения, 2 – изнашивание которых вызывает рабочая среда (жидкость, газ…). Материалы с высокой твердостью поверхности К ним относятся аустенитные стали с низкой исходной твердостью, но способные из-за интенсивного деформационного упрочнения (наклепа) формировать высокую твердость поверхности в условиях эксплуатации.
Материалы, устойчивые при абразивном изнашивании При абразивном изнашивании ведущими являются процессы многократного деформирования поверхности скользящими по ней частицами и микрорезание. Наибольшей износостойкостью обладают материалы, структура которых состоит из частиц твердой карбидной фазы и удерживающей их высокопрочной матрицы. Карбидные сплавы применяют при наиболее тяжелых условиях работы в виде литых и наплавочных материалов. Это сплавы с высоким содержанием углерода (до 4%) и карбидообразующих элементов (Cr, W, Ti). В их структуре может быть до 50% специальных карбидов, увеличение количества которых сопровождается ростом износостойкости. Для деталей, работающих без ударных нагрузок, применяют сплавы с мартенситной структурой. Для более легких условий изнашивания (для деталей, работающих в условиях граничной смазки) применяют низко- и среднеуглеродистые стали с различными видами поверхностного упрочнения и чугуны.
11.7. Материалы, устойчивые к действию температур и рабочей среды Жаропрочные материалы Жаропрочностью называется способность материала длительное время сопротивляться деформированию и разрушению, когда рабочие температуры деталей превышают 0,3tпл. Решающее значение при выборе материала имеют температура, длительность работы под нагрузкой и действующие напряжения. При длительном нагружении при высоких температурах поведение материала определяется диффузионными процессами. Для этих условий характерны процессы ползучести, релаксации напряжений. Ползучесть – медленное нарастание пластической деформации под действием напряжений, меньших предела текучести (σ0,2). Предел ползучести – напряжение, под действием которого материал деформируется на определенную величину за определенное время при заданной температуре. В обозначении предела ползучести указывают температуру, деформацию и время, за которое она возникает. Например, σ5501/100000=100 Мпа означает, что под действием напряжения 100 Мпа за 100000 часов при 550оС в материале появится пластическая деформация, равная 1%. Критериями жаропрочности, помимо предела ползучести, является предел длительной прочности и сопротивление релаксации. Пределом длительной прочности называется напряжение, которое вызывает разрушение материала при заданной температуре за определенное время. Например, σ55010000 =130 МПа означает, что материал выдержит напряжение 130 МПа при температуре 600оС 10000 часов. Ползучесть металлов вызывает релаксацию напряжений в предварительно нагруженных деталях. При высокотемпературных условиях работы постепенно уменьшаются напряжения в болтах и других крепежных деталях, ослабляются натяги и т.п. Деформация нагруженной детали представляет собой сумму упругой и пластической деформаций. В начале эксплуатации пластической деформации нет и напряжение равно σ0=Еtε0, где Еt- модуль упругости при температуре эксплуатации, ε0 – упругая деформация. Появление пластической деформации снижает долю упругой деформации до ε1< ε0. Соответственно напряжение снижается до величины σ 1=Еtε1. Возникающая пластическая деформация равна деформации ползучести под действием монотонно убывающего напряжения. Критерием сопротивления релаксации является падение напряжения Δ σ = σ0 - στ за время τ при заданной температуре t0. Большинство жаропрочных материалов – поликристаллические. Деформация ползучести в таких материалах развивается благодаря перемещению дислокаций в зернах, зернограничному скольжению и диффузионному переносу. Для обеспечения жаропрочности требуется ограничить подвижность дислокаций и замедлить диффузию. Это достигается повышением прочности межатомных связей, созданием препятствий для перемещения дислокаций внутри зерен и на их границах, увеличением размеров зерен. Прочность межатомных связей увеличивают легированием, изменением типа кристаллической решетки, переходом от металлической связи к более прочной ковалентной. Твердые растворы легируют более тугоплавкими металлами, чем металл-основа. Так, стали с ОЦК-решеткой легируют молибденом (до 1%), а никелевые сплавы с ГЦК-решеткой – вольфрамом, молибденом, кобальтом (до 15-20% в сумме). Материалы со структурой твердого раствора по жаропрочным свойствам уступают материалам, упрочненным дисперсными частицами. Выше 1000оС материалы с ковалентной межатомной связью – графит, керамика на основе карбида кремния (SiC), нитрида кремния (Si3N4), или материалов системы Si-Al-O-N (сиалоны) по жаропрочным свойствам уступают лишь ряду тугоплавких сплавов, выгодно отличаясь от них меньшей плотностью и стоимостью. Подвижность дислокаций существенно снижается в многофазной структуре с мелкими частицами упрочняющих фаз. Материалы с многофазной структурой, получаемой термической обработкой, называются дисперсионно-упрочненными. Дисперсионно-упрочненные материалы получаются при помощи закалки и отпуска, либо – закалки и старения. Для получения оптимальной структуры используют комплексное легирование и по химическому составу эти материалы сложнее обычных легированных сталей и сплавов. Упрочненными фазами служат карбиды и карбонитридыв жаропрочных сталях, фазы Лавеса и другие промежуточные фазы в высоколегированнных сталях. Способы снижения зернограничного скольжения – создание крупнозернистой структуры, образование дисперсных частиц вторых фаз на границах зерен, нейтрализация вредных легкоплавких примесей на границах зерен. Для упрочнения границ зерен в жаропрочные сплавы и стали вводят малые добавки (0,1-0,01%) легирующих элементов, которые концентрируются на границах. Эти элементы замедляют зернограничное скольжение и нейтрализуют действие вредных примесей (B, Ge и др. редкоземельные металлы). К дополнительным мерам повышения жаропрочности относят термомеханическую обработку для получения структуры полигонизации, упорядочение твердого раствора металла-основы и создание анизотропной структуры.
  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...  Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|