Шпаргалка по "Материаловедению"

Вопрос 23: Износостойкие  стали.

Для работы в условиях изнашивания, сопровождаемого большими удельными нагрузками используется высокомарганцевая сталь 110Г13Л, имеющая в своем составе 1…1,4% углерода, 12…14 % марганца. Сталь имеет аустенитную структуру и относительно низкую твердость (200…250 НВ). В процессе работы, когда на деталь действуют высокие нагрузки, которые вызывают в материале напряжения, превосходящие предел текучести, происходит интенсивное наклепывание стали и рост ее твердости и износостойкости. При этом сталь сохраняет высокую вязкость. Благодаря этим свойствам сталь широко используется для изготовления корпусов шаровых мельниц, щек камнедробилок, крестовин рельсов, гусеничных траков, козырьков землечерпалок и т.д.

Склонность к интенсивному наклепу является характерной особенностью сталей аустенитного класса.

Автоматными называют стали, обладающие повышенной обрабатываемостью  резанием.

Эффективным металлургическим приемом повышения обрабатываемости резанием является введение в сталь  серы, селена, теллура, кальция, которые  изменяют состав неметаллических включений, а также свинца, который образует собственные включения.

Автоматные стали А12, А20 с повышенным содержанием серы и  фосфора используются для изготовления малонагруженных деталей на станках  автоматах (болты, винты, гайки, мелкие детали швейных, текстильных, счетных  и других машин). Эти стали обладают улучшенной обрабатываемостью резанием, поверхность деталей получается чистой и ровной. Износостойкость  может быть повышена цементацией  и закалкой.

Стали А30 и А40Г предназначены  для деталей, испытывающих более  высокие нагрузки.

У автоматных сталей, содержащих свинец, (АС11, АС40), повышается стойкость  инструмента в 1…3 раза и скорость резания на 25…50 %.

Легированные хромистые  и хромоникелевые стали с присадкой  свинца и кальция (АЦ45Г2, АСЦ30ХМ, АС20ХГНМ) используются для изготовления нагруженных  деталей в автомобильной и  тракторной промышленности.

Автоматные стали подвергают диффузионному отжигу при температуре 1100…1150^oС, для устранения ликвации серы.

24. коррозионные  стали

Коррозионностойкие  стали. Коррозионностойкой (или нержавеющей) называют сталь, обладающую высокой химической стойкостью в агрессивных средах. Коррозионностойкие стали получают легированием низко- и среднеуглеродистых сталей хромом, никелем, титаном, алюминием, марганцем. Антикоррозионные свойства сталям придают введением в них большого количества хрома или хрома и никеля. Наибольшее распространение получили хромистые и хромо-никелевые стали.

Хромистые стали более  дешевые, однако хромоникелевые обладают большей коррозионной стойкостью. Содержание хрома в нержавеющей стали должно быть не менее 12% (см. табл.). При меньшем количестве хрома сталь не способна сопротивляться коррозии, так как ее электродный потенциал становится отрицательным.

Наибольшая коррозионная стойкость сталей достигается после  соответствующей термической и  механической обработки. Так, для стали 12X13 лучшая коррозионная стойкость  достигается после закалки в масле (1000 — 1100°С), отпуска (700—750°С) и полировки. Эта сталь устойчива в слабоагрессивных средах (вода, пар). Сталь 40X13 применяют после закалки в масле с температурой 1000—1050°С и отпуска (180—200°С) со шлифованной и полированной поверхностью. После термической обработки эта сталь обладает высокой твердостью (НRС 52—55).

Более коррозионностойка (в  кислотных средах) сталь 12X17. Для изготовления сварных конструкций эта сталь не рекомендуется в связи с тем, что при нагреве ее выше 900—950°С и быстрого охлаждения (при сварке) происходит обеднение периферийной зоны зерен хромом (ниже 12%). Это объясняется выделением карбидов хрома по границам зерен, что приводит к межкристаллитной коррозии.

Межкристаллитная коррозия — особый, очень опасный вид  коррозионного разрушения металла  по границам аустенитных зерен, когда электрохимический потенциал пограничных, участков аустенитных зерен понижается вследствие обеднения хромом и при наличии коррозионной среды границы зерен становятся анодами.

Для предотвращения этого  вида коррозии применяют сталь, легированную титаном 08X17Т. Сталь 08Х17Т применяют  для тех же целей, что и сталь 12X17, а также и для изготовления сварных конструкций.

Хромоникелевые стали  содержат большое количество хрома  и никеля, мало углерода и относятся к аустенитному классу. Для получения однофазной структуры аустенита сталь (например, 12Х18Н9) закаливают в воде при температуре 1100—1150°С; при этом достигается наиболее высокая коррозионная стойкость при сравнительно невысокой прочности. Для повышения прочности сталь подвергают холодной пластической деформации и применяют в виде холоднокатаного листа и ленты для изготовления различных деталей.

Сталь 12Х18Н9 склонна, как и  хромистая сталь ферритного класса, к межкристаллитной коррозии при  нагреве. Причины возникновения  межкристаллитной коррозии те же —  обеднение периферийной  зоны  зерен  хромом   (ниже   12%) вследствие выделения из аустенита карбидов хрома. Для предотвращения межкристаллитной коррозии сталь легируют титаном, например сталь 12Х18Н9Т, или снижают содержание углерода, например сталь 04Х18Н10.

Хромоникелевые нержавеющие  стали аустенитного класса имеют большую коррозионную стойкость, чем хромистые стали, их широко применяют в химической, нефтяной и пищевой промышленности, в автомобилестроении, транспортном машиностроении в строительстве.

Для экономии дорогостоящего никеля его частично заменяют марганцем. Например, сталь 10Х14Г14Н3 рекомендуется как заменитель стали 12Х18Н9. Сталь аустенитно-мартенситного класса 09Х15Н8Ю применяют для тяжелонагруженных деталей. Сталь аустенитно-ферритного класса 08Х21Н6М2Т применяют для изготовления деталей и сварных конструкций, работающих в средах повышенной агрессивности — уксуснокислых, сернокислых, фосфорнокислых. Разработаны марки высоколегированных сталей на основе сложной системы Fе—Cr — Ni — Мо — Сu — С. Коррозионная стойкость хромоникельмолибденомедистых сталей в некоторых агрессивных средах очень велика. Например, в 80%-ных растворах серной кислоты. Такие стали широко используют в химической, пищевой, автомобильной и других отраслях промышленности.

Вопрос 25:Инструментальные стали и сплавы - литые твердые сплавы

Твердые сплавы - материалы с высокой твердостью, прочностью, режущими и другими свойствами, сохраняющимися при нагреве до высоких температур. Различают литые и спеченные (порошковые) твердые сплавы.

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего и измерительного инструмента,штампов холодного и горячего деформирования, а также ряда деталей точных механизмов и приборов: пружин,подшипников качения, шестерен и др. Часто из таких сталей изготавливают только рабочую (режущую) часть инструмента, а крепежные части выполняют из конструкционных сталей.

Основными потребительскими требованиями к инструментальным сталям являются высокие твердость, износостойкостъ и прочность при высокой (500...800°С) теплостойкости. Кроме эксплуатационных свойств, для инструментальных сталей большое значение имеют технологические свойства: прокаливаемость, малыеобъемные изменения при закалке, обрабатываемость давлением, резанием, шлифуемостъ.

Необходимые свойства инструментальным сталям придают карбидные фазы, так как именно их присутствие обуславливает высокие прочностные показатели и твердость (рис. 4).

Для обеспечения необходимых свойств применяют специальное легирование и термическую обработку. Так обеспечение теплостойкости достигается легированием стали вольфрамом, молибденом, ванадием, алегирование хромом и марганцем повышают ее прокаливаемость.

Термическая обработка инструментальных сталей, как правило, включает закалку и низкий отпуск. В результате такой обработки достигаются твердость стали 60...65 HRC и предел прочности при изгибе s = 250...350 МПа. Режимы термической обработки в зависимости от химического состава сталей и требований к их твердости ипрочности установлены ГОСТ 5950-73 и ГОСТ 19265-73.

Инструментальные стали классифицируются (ГОСТ 1435-74 и ГОСТ 5950-73) по основному потребительскому свойству на стали высокой твердости, стали повышенной вязкости и теплостойкие стали.Стали высокой твердости и повышенной вязкости используются как нетеплостойкие.

Инструментальные стали высокой твердости по химическому составу могут быть высокоуглеродистыми (0,68...1,35% С) и низколегированными (Mn, Si, Cr и др.). Структура после термообработки - мартенсит и перлит.Температура эксплуатации для изделий из таких сталей до 190... 225°С; при этом их твердость - 60...68 HRC.

Инструментальные стали высокой твердости (У10...У13, У10А...У13А, 13Х, ХВСГ, 9ХФ, 7ХГ2ВМ и др.) классифицируются по прокаливаемости на стали небольшой, повышенной и высокой прокаливаемости.Величина прокаливаемости определяет размер изделия. Так инструментальные стали небольшойпрокаливаемости используют для изготовления тонкого инструмента диаметром менее 12...15 мм, а стали высокойпрокаливаемости - для массивного инструмента и инструмента сложной формы.

Вопрос 26:Быстрорежущие  стали применяют для режущих инструментов, работающих в условиях значительного нагружения и нагрева рабочих кромок. Инструмент из быстрорежущих сталей обладает высокой стабильностью свойств.Они обозначаются в соответствии с ГОСТ 19265 и содержат 0,7-1,5 %С, поставляются высококачественными. Они маркируются Р18, Р6М5 и др. В марках стали буквы и цифры обозначают Р – быстрорежущая (от англ. слова “Rapid” – быстрый, скорый), цифра, следующая за буквой – среднюю массовую долю вольфрама, М – молибден, Ф – ванадий, К – кобальт, А – азот; цифры, следующие за буквами, означают соответственно массовую долю молибдена, ванадия, кобальта; Ш – электрошлаковый переплав.В обозначении марок стали не указывают массовую долю: хрома – при любой массовой доле, молибдена – до 1 % включительно, ванадия – в стали марок Р18, Р6М5, Р9К5, Р6М5К5, Р9М4К8 и Р2АМ9К5.Быстрорежущие стали сочетают высокую теплостойкость (600-650 °С в зависимости от состава и обработки) с высокими твердостью до 68–79 HRC, износостойкостью при повышенных температурах и повышенным сопротивлением пластической деформации.Для обеспечения красностойкости сталь легируют большим количеством вольфрама в сочетании с молибденом и ванадием. Кроме этих элементов все быстрорежущие стали легированы хромом, а некоторые кобальтом.Применяемые быстрорежущие стали делят на три группы: стали нормальной производительности, повышенной и высокой производительности.Стали нормальной производительности характеризуются пониженной теплостойкостью (615–620 °С). К ним относятся: вольфрамовые стали (Р9, Р12, Р18), вольфрамомолибденовые (Р6М5, Р6М3, Р8М3 и др.), безвольфрамовые (9Х6М3Ф3АГСТ, 9Х4М3Ф2АГСТ и др.).Сталь Р6М5 в основном вытеснила стали Р18, Р12 и Р9 и нашла применение при обработке цветных сплавов, чугунов, углеродистых и легированных сталей, а также некоторых теплоустойчивых и коррозионно-стойких сталей.Разработаны новые марки безвольфрамовых быстрорежущих сталей нормальной производительности – 9Х6М3Ф3АГСТ (Эк-41) и 9Х4М3Ф2АГСТ (ЭК-42). Стали имеют меньшую плотность, что сокращает расход быстрорежущих сталей на 4-5 %. По режущим свойствам они соответствуют свойствам стали Р6М5, что и предопределяет область их применения.Стали повышенной производительности дополнительно легированы кобальтом и ванадием. К ним относятся стали с повышенной теплостойкостью 625-640 °С: вольфрамокобальтовые (Р9Ф5, Р9К10 и др.); вольфрамованадиевые (Р9Ф5, Р12Ф3 и др.), вольфрамованадиевые с кобальтом (Р10Ф5К5, Р12Ф4К5 и др.); вольфрамованадиевые с кобальтом и молибденом (Р12Ф3К10М3, Р12Ф2К5М3 и др.).К группе быстрорежущих сталей повышенной производительности следует отнести и быстрорежущие дисперсионно-твердеющие сплавы с интерметаллидным упрочнением. Их высокая теплостойкость и режущие свойства обеспечиваются высокими температурами a ® g превращения и упрочнением вследствие выделения при отпуске интерметаллидов, имеющих более высокую устойчивость, к коагуляции при нагреве, чем карбиды. Наибольшее распространение получил сплав В11М7К23 (ЭП831).Быстрорежущие стали относятся к ледебуритному (карбидному) классу.

Вопрос 27: Металлокерамические твердые сплавы

Более высокой твердостью и красностойкостью, чем наплавочные  твердые сплавы, обладают сплавы второй группы — металло - керамические или порошковые твердые сплавы.Производство изделий из этих сплавов: пластинок для режущего инструмента, фильер для волочения проволоки, коронок для буровых машин, волочильных досок для калибровки стали, цветных металлов и т.п., относится к области порошковой металлургии.Особенностью этого производства является то, что детали точного химического состава и готовых размеров, т.е. не требующие дополнительной обработки, изготовляют путем смешения, прессовки и последующего спекания металлических порошков.В частности, пластинки твердых режущих сплавов получают путем прессовки порошков карбидов вольфрама, карбидов титана и кобальта под давлением в 5—7 тыс. атм в специальных стальных пресс-формах.В процессе последующего спекания при температуре 1400—1600° эти пластинки приобретают необходимую прочность.Исходными продуктами для получения металлокерамических твердых сплавов являются вольфрамовый ангидрид (WO₃), сажа, двуокись титана (TO₂) и окись кобальта (СO₃О₄).В процессе производства получаются порошки карбидов вольфрама и титана и порошок кобальта, подвергаемые в дальнейшем смешению, прессованию и спеканию.

Вопрос 28: Литейные алюминиевые сплавы. Модифицирование силуминов.

Литейные алюминиевые  сплавы предназначены для производства фасонных отливок. В каче­стве литейных материалов используются как первичные сплавы, изготовленные легированием чистого алюминия, так и стандартные вторичные сплавы, полученные из скрапа и отходов алюми­ниевых сплавов. В особых случаях отливают детали также из чистого алюминия, в основном для химической и пищевой промышленности, а также для электротехники. Литейные сплавы в России в общем объеме производства алюминиевых сплавов составляют 20%

В России алюминиевые литейные сплавы в чушках производят на алюминиевых заводах из первичных металлов. На предприятиях вторичной цветной металлургии - из вторичных лома и от­ходов, а также на небольших частных предприятиях.

Доля алюминиевых литейных сплавов в чушках, производимых в  России из вторичных лома и отходов, составляет около 50%.

На алюминиевых заводах  России производят сплавы-силумины различной  чистоты (АК12, АК12ч, АК12пч и АК12оч); высококремниевые сплавы различной композиции и чистоты (АК9, АК9ч, АК9пч, АК8, АК7ч, АК7пч); сплавы системы Al-Si-Cu-Mg (АК5М, АК5Мч, АК5М2, АК6М2, АК8МЗч, АК9М2); сплавы различных композиций системы Al-Mg; жаропрочные сплавы (АК12М2МгН) и др.

На предприятиях вторичной  цветной металлургии из лома и  отходов производят сплавы: АК9; АК7; АК9М2; АК8МЗ; АК5М2; АК5М4; АК5М7; АК12М2МгН и др. Для подшихтовки сплавов в небольших количествах применяются первичные металлы. Сплавы АК9 и АК8 являются для предприятий вторичной цветной металлургии дефицитными марками (из лома и отходов сплавы производятся с большим трудом). Сплавы АК5М2, АК5М4, АК9М2, АК8МЗ, АК12М2 по содер­жанию меди, железа, цинка легко получают из лома и отходов различных сплавов. Среди них наи­более технологичны и дешевы сплавы АК8МЗ и АК5М4.