Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Вплив легуючих елементів на властивості сталі





Механічні властивості легованих сталей значно вищі ніж вуглецевих. Легуючі елементи підвищують межу плинності, відносне звуження та ударну в’язкість. Це пояснюється тим, що леговані сталі мають менші критичні швидкості гартування і відповідно, кращу прогартовуваність. Після термічної обробки леговані сталі мають більш дрібне зерно і більш дисперсніші структури, вони гартуються з меншими швидкостями, тому у деталей будуть менші деформації і менша безпека утворення тріщин.

Прогартовуваність сталей підвищують марганець, хром, бор і такі дорогі елементи як нікель і молібден. Найбільша прогартовуваність досягається при комплексному легуванні. Необхідно відмітити, що концентрація легуючих елементів у сталі строго регламентована, тобто, при певній концентрації досягається максимальна прогартовуваність, і при подальшому підвищенні вмісту легуючих елементів вона може зменшитись, і при цьому знижуються і механічні властивості. Тому у легованих сталях вміст легуючих елементів повинен бути мінімальним, таким що забезпечує необхідну для даного перетину і умов охолодження наскрізної прогартовуваності.

Нікель, який вводиться у сталь, підвищує опір крихкому руйнуванню, збільшує пластичність та в’язкість, зменшує чутливість до концентраторів напружень і знижує температуру порогу холодноламкості. Введення 3-4 % нікелю забезпечує глибоку прогартовуваність. Нікель − дорогий метал, тому у конструкційні сталі він вводиться разом з хромом та іншими елементами, причому у мінімальних кількостях.

Легування сталей невеликими кількостями ( до 0,05-0,15 % ) ванадію, титану, ніобію та цирконію, які утворюють важкорозчинні у аустеніті карбіди, подрібнюють зерно, знижують поріг холодноламкості, підвищують роботу розповсюдження тріщини, зменшують чутливість до концентраторів напружень.



Легуючі елементи підвищують стійкість мартенситу до відпуску і стримують коагуляцію карбідів.

Молібден і вольфрам усувають розвиток оберненої відпускної крихкості, що дуже важливо для крупно габаритних деталей. Молібден і вольфрам у поєднанні з нікелем понижують прогартовуваність і стійкість до мартенситу відпуску.

Кремній підвищує стійкість мартенситу проти розпаду, підвищує в’язкість сталей і забезпечує понижену чутливість до надрізу.

Класи легованих сталей

У відповідності з діаграмою стану залізо-цементит у відпаленому стані сталі відносять до евтектоїдних, евтектоїдних та заевтектоїдних.

По структурі:

- перлітні;

- феритні;

- аустенітні;

- мартенситні;

- ледебуритні.

По вмісту вуглецю: конструкційні, інструментальні.

Конструкційні − автоматні; будівельні; сталі, що цементуються; сталі, що поліпшуються; високоміцні; пружинно-ресорні; підшипникові; зносостійкі та ін..

Карбідна фаза у легованих сталях

По відношенню до вуглецю легуючі елементи ділять на 2 групи:

1. Графітизуючі − Si, Ni, Cu, Al (знаходяться у твердому розчині)

2. Карбідоутворюючі − Fe → Mn → Cr → Mo → W → Nb → V → Zr → Ti (розташовані по зростаючому ступеню спорідненості до вуглецю і стійкості карбідних фаз).

При малому вмісті Mn, Cr, Mo і W вони розчиняються у цементиті, заміщають у ньому атоми заліза і утворюють легований цементит (Fe, Me)3C. Mn може заміщувати у гратці цементиту всі атоми заліза, Cr − до 25 %, Mo − до 3 %, W − 0,8-1,0 %.

Більш сильні карбідоутворюючі елементи Ti, V, Nb, Zr практично не розчиняються у цементиті і утворюють самостійні карбіди.

При підвищенні кількості у сталі Cr, W та Mo та в залежності від вмісту вуглецю, вони можуть утворювати спеціальні карбіди (CrFe)7С3, (CrFe)23С6, складні карбіди.

Є такі позначення карбідів:

Me3C − карбіди цементитного типу;

Me7C3, Me23C6 − карбіди, що мають кристалічну гратку карбідів хрому;

Me6C, Me4C − карбіди, у яких кристалічна гратка типу карбідів W чи Mo;

MeC − карбіди, по типу кубічної гранецентрованої гратки.

Всі карбіди можна розділити на 2 групи.:

До першої групи відносяться карбіди типу Me3C, Me7C3, Me23C6, Me6C (Me4C), що мають складну кристалічну гратку. Карбіди цієї групи порівняно легко розчиняються в аустеніті при нагріванні.

До другої групи відносяться карбіди типу MeC − WC, VC, TiC, NbC, ZrC. Ці карбіди відносяться до фаз проникнення. На відміну від карбідів першої групи, фази проникнення в реальних умовах нагрівання сталей майже не розчиняються в аустеніті.

Маркування легованих сталей

Леговані сталі маркують буквами і цифрами. Двозначні цифри, які приведені на початку марки, показують середній вміст вуглецю в сотих (конструкційні) і десятих (інструментальні) долях відсотка, букви справа від цифри позначають легуючий елемент.

А − азот (А − в кінці марки сталі − високоякісна, перед цифрою − автоматна)

Б − ніобій – Nb В − вольфрам – W Г − марганець − Mn

Д − мідь – Cu Е − селен – Se К − кобальт − Co

Н − нікель – Ni М − молібден − Mo П − фосфор − P

Р − бор – B С − кремній – Si Т − титан − Ti

Ф − ванадій − V Х − хром – Cr Ц − цирконій − Zr

Ч − рідкоземельні − Ca, K, Na, Mg Ю − алюміній − Al.

Цифри після букв показують приблизний вміст відповідного легуючого елемента у цілих відсотках; відсутність цифри вказує, що середній вміст легуючого елемента не перевищує 10…15 %. Основна маса легованих сталей є якісними.

30ХГСА, 40ХН, 65Г, 9ХС, 18ХГТ, Х18Н10Т.

Виняток із правил позначення: ШХ15, Р18, Р6М5.

Автоматні сталі

Вони відрізняються високою оброблюваністю різанням, яка досягається введенням у конструкційну сталь S, P, Se, Te, Ca й утворенням неметалевих включень, або Pb, який утворює металічні включення. Наявність у сталі таких включень з низькою температурою плавлення призводить до утворення плівки між інструментом і заготовкою, що знижує коефіцієнт тертя в умовах різання. Присутність сірки і фосфору полегшує відділення стружки і руйнування металу, сприяє отриманню гладкої блискучої поверхні різання. Недоліком автоматних сталей є їхня понижена пластичність. Це пов’язано з тим, що переважна більшість включень в умовах прокатування сприяє утворенню смугастої структури, що викликає появу анізотропії властивостей.

А12, А30, А40Г.

Будівельні сталі

Це сталі, що містять не більше 0,22 % С і невелику кількість недефіцитних легуючих елементів до 1,8 % Mn, 1,2 % Si, 0,8 % Cr, 0,8 % Ni, 0,5 % Cu, 0,15 % V, 0,15 % Nb, 0,03 % Ti, 0,015…0,025 % N.

Це такі марки сталей − 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 14Г2, 17ГС, 14ХГС, 15ГФ, 15ХСНД, 14Г2АФ, 10Г2Б, 30ХГС, 17Г2АФБ та інші. Поступають у вигляді листів, сортового та фасонного прокату, використовують у будівництві та машинобудуванні в основному без термічної обробки.

Ці сталі добре зварюються, в порівнянні з вуглецевими сталями звичайної якості, мають кращі механічні властивості, що дозволяє приблизно на 15 % зекономити метал.

Нікель, мідь чи одночасно введені мідь і фосфор підвищують корозійну стійкість сталей в атмосферних умовах, знижують поріг холодноламкості.

Використання у будівництві термічно оброблених профілей і листів із низьколегованих сталей з σ0,2 = 400…500 МПа, дозволяє зекономити до 50% металу.

Сталі будівельного класу поставляються у нормалізованому стані і після контрольованого прокату. Сталі використовують в залежності від типу споруди, умов експлуатації і розрахованих температур, характеру та величині діючих навантажень.

Для армування звичайного та попередньо напруженого залізобетону використовують гладкий або періодичний прокат з більш міцних сталей з вмістом до 0,3 % С − 25Г2С, 30ХГС.

У мостобудуванні для виготовлення зварних конструкцій застосовують сталі з високою міцністю σ0,2 ≥ 600 МПа: 10ХСНД, 10Г2СД, 10Г2АФ.

У вагонобудуванні та сільськогосподарському машинобудуванні використовують сталі, у яких σ0,2 ≥ 750 МПа: 12Г2СМФ, 14ГСМР та ін..

Для забезпечення надійної роботи нафто- і газопроводів застосовують низьколеговані сталі із σ0,2 ≥ 500 МПа, σт ≥ 300 МПа, δ ≥ 16 % і ударною в’язкістю при -70 ºС не менше 400 кДж/м2.

Для виготовлення нафтопроводів труб великого діаметра до 2500 мм застосовують вуглецеві сталі з вмістом не більше 0,22 % С, 0,65 % Mn, 0,37%Si і низьколеговані сталі з вмістом не більше 0,20 % С, 1,65 % Mn, і з добавками Cr, V, Nb та ін. Для виготовлення магістральних газопровідних труб великого діаметру використовують сталі 14ХГС, 17Г1С, 16Г2САФ та ін. з σ0,2 ≥ 520 МПа, а σт≥370 МПа у гарячекатаному стані, і сталі 09Г2С, 17ГСФ з σ0,2 ≥ 500 МПа, σт≥ 350 МПа у термозміцненому стані.

Останнім часом для магістральних трубопроводів, як перспективний матеріал, використовують двофазні сталі з ферито-бейнітною або ферито-мартенситною структурою після контрольованого прокатування. Ці сталі містять 0,03…0,1 % С; 1,6 % Mn; 0,6 % Cr; 0,6 % Si; 0,02 % Ti; 0,03…0,18 % Nb і мають σв = 700 МПа при Т50 від -80 до -90 ºС.

Для захисту трубопроводів від корозії в залежності від умов їх експлуатації застосовують покриття.









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2019 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.