.RU

4. Стали ^ 4.1. Влияние углерода - Диаграмма состояния системы железо углерод является одной из важнейших диаграмм...



4. Стали

^ 4.1. Влияние углерода


При комнатной температуре сталь состоит из смеси мягкого и пластичного феррита и очень твердого и хрупкого цементита. Поэтому увеличение процентного содержания С в стали, вызывая увеличение количества цементитной фазы, естественно, приводит к росту твердости и прочности и к снижению пластичности и вязкости стали. Однако общий ход изменения механических свойств и значения конкретных величин различных свойств зависят также от сочетания и дисперсности фаз. Как известно, структура доэвтектоидной стали после медленного охлаждения состоит из избыточного феррита и перлита, а заэвтектоидной - из вторичного избыточного цементита и перлита. Структура эвтектоидной сталь (0,8 % С) состоит из одного перлита. Повышение содержания углерода в стали до 0,8 % вызывает увеличение количества перлита и уменьшение феррита, а при дальнейшем увеличении С (> 0,8%) - к появлению наряду с перлитом вторичного цементита.

Влияние содержания углерода на механические свойства стали показано на рис. 17. Следует обратить внимание на изменение прочности. Прочность повышается до содержания углерода около 1 %, а затем она уменьшается. Это объясняется появлением в структуре заэвтектоидной стали хрупкого вторичного цементита в виде тонкой оболочки вокруг перлитных зерен, что и вызывает преждевременное разрушение стали при растяжении. Приведенные на рис. 9 цифры значений механических свойств являются средними и могут колебаться в ту и другую сторону в зависимости от содержания примесей и условий охлаждения стали.





Рис.17. Влияние углерода на свойства сталей


Повышаются электросопротивление и коэрцитивная сила, снижаются магнитная проницаемость и плотность магнитной индукции.

Углерод оказывает влияние и на технологические свойства. Повышение содержания углерода ухудшает литейные свойства стали (используются стали с содержанием углерода до 0,4 %), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Следует учитывать, что стали с низким содержанием углерода также плохо обрабатываются резанием.


^ 4.2. Примеси в сталях


В сталях всегда присутствуют постоянные, вредные и случайные примеси, т.к. сталь является многокомпонентным сплавом.

Сера, фосфор и все газы являются вредными примесями, и усилия металлургов всегда направлены на максимальное снижение этих элементов в стали.

^ Сера. Содержание серы в сталях промышленных марок составляет обычно 0,015…0,050 %. Сера образует с железом легкоплавкую эвтектику FеS, (температура плавления 988°), обычно располагающуюся вокруг зерен, закристаллизовавшихся ранее этой эвтектики. При горячей механической обработке (ковка, прокатка) эвтектика плавится, что вызывает потерю связи между зернами стали: слиток или поковка разваливается на части. Это явление называется красноломкостью.

Сера снижает механические свойства, особенно ударную вязкость и пластичность (и ), а так же предел выносливости. Она ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость.


^ Фосфор. Содержание фосфора в стали 0,025…0,040 %. Весьма значительно снижает вязкость железа и стали. Особенно заметно проявляется это вредное влияние фосфора при повышенном содержании углерода в стали и при низких температурах. Явление повышенной хрупкости стали при низких температурах называется хладноломкостью. Повышение содержания фосфора на каждую 0,01 % повышает порог хладоломкости на 20…25° С.

Для некоторых сталей возможно увеличение содержания серы и фосфора для улучшения обрабатываемости резанием. Это было при создании автоматных сталей, из которых на высокопроизводительных станках-автоматах изготовляется крепежный материал (гайки, болты) неответственного назначения, имеющий очень широкое применение в машиностроении. Короткая, хрупкая стружка и чистая поверхность резьбы являются главными положительными качествами автоматных сталей. Так как серы в этих сталях содержится до 0,15—0,20%, а фосфора до 0,14 %, то такие стали можно отнести к разряду специальных.

Существенным является то, что сера и фосфор при кристаллизации стального слитка сильно ликвируют, в результате чего создаются участки с резко повышенной концентрацией этих вредных элементов по сравнению со средним их содержанием в стали.

Газы (азот, кислород, водород) – попадают в сталь при выплавке.

Кислород, соединяясь со многими элементами, присутствующими в стали, образует неметаллические включения, так называемые оксиды (SiO2, А12Оз и другие). Неметаллические включения (окислы, нитриды), являясь концентраторами напряжений, могут значительно понизить предел выносливости и вязкость. Поэтому необходимо снижать содержание кислорода в стали путем хорошего раскисления и разливки в вакууме, тщательно контролировать структуру стали, идущей на изготовление ответственных изделий.

Очень вредным является растворенный в стали водород, который значительно охрупчивает сталь. Он приводит к образованию в катанных заготовках и поковках флокенов– тонких трещин овальной или округлой формы, имеющих в изломе вид пятен – хлопьев серебристого цвета.

^ Постоянные примеси

Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они являются технологическими примесями.

Содержание марганца не превышает 0,8 %. Марганец, имеющийся в стали, интенсивнее чем железо соединяется с серой, образуя весьма тугоплавкое соединение MnS (температура плавления 1620° С), располагающееся обычно в виде мелких глобулярных включений внутри зерен стали. Следовательно, включения MnS оказывают менее вредное влияние на сталь, чем включения FeS.

Содержание кремния не превышает 0,4 %. Кремний является раскислителем стали, освобождающими ее от излишков кислорода. Кремний растворяется в феррите и повышает прочность стали, особенно повышается предел текучести, . Но наблюдается некоторое снижение пластичности, что снижает способность стали к вытяжке

Наличие марганца и кремния свыше указанных пределов переводит такие стали в разряд специальных, «легированных».


Случайные примеси – практически любые элементы, случайно попавшие в сталь, например, Cr, Ni, Cu, Mo, Al, Ti и другие в количествах, ограниченных для примесей.


^ 4.3. Легирующие элементы


Легирующие элементы – специально вводимые добавки для получения требуемых структуры и свойств. Легированные стали – сплавы на основе железа, в химический состав которых введены легирующие элементы, обеспечивающие при определенных способах производства и обработках требуемые структуру и свойства.

В качестве легирующих наиболее часто используют следующие элементы: Сг, Ni , Мn, Si, Мо, W, V, Тi, Nb. Реже используются Со, А1, Сu, В и некоторые другие. Содержание легирующих элементов может колебаться в стали от тысячных долей процента до десятков процентов.

Почти все легирующие элементы изменяют температуры полиморфных превращений железа, температуру эвтектоидной и эвтектической реакций и влияют на растворимость углерода в аустените.

По влиянию на температуры А3 и А4 легирующие элементы можно разбить на две группы.

В первую группу входят элементы, которые понижают температуру ^ А3 и повышают температуру А4. К ним относятся Ni, Мn, С, N и др.

В сплавах железа с никелем, марганцем и кобальтом  - область «открывается», т.е. в определенном интервале температур существует неограниченная растворимость компонентов в твердом состоянии — твердые растворы с ГЦК решеткой. При этом температура А3 при определенной концентрации добавки понижается ниже нуля. На рис. 18 показан участок диаграммы Fе — легирующий элемент с открытой  - областью



Рис. 18. Диаграмма состояния железо-легирующий элемент с открытой  - областью


В сплавах с концентрацией добавки, равной или превышающей концентрацию, соответствующую точке b, ГЦК решетка устойчива при 20 - 25° С; такие сплавы называют аустенитными сталями. Таким образом, аустенитом называют не только твердый раствор углерода в Fе, но и любые твердые растворы на основе Fе.

Во вторую группу входят элементы, которые повышают температуру А3 и понижают А4. В этом случае температурный интервал устойчивости аустенита уменьшается и соответственно расширяется температурный интервал устойчивости Fe. Таких легирующих элементов большинство: Сг, Мо, W, V, Si, Тi и др.

Все перечисленные элементы образуют с железом диаграмму с «замкнутой»  - областью (рис. 19). Концентрация, соответствующая точке с, для большинства элементов невелика (до 1 - 1,5 %), и лишь для хрома аустенитная область простирается до 12 % (рис. 20).

Из перечисленных элементов, дающих замкнутую  - область, только хром и ванадий не образуют с железом промежуточных фаз, и поэтому  -область «открывается»: наблюдается неограниченная растворимость этих элементов в железе с ОЦК решеткой (см. рис. 19, a). Остальные легирующие элементы, замыкающие область, образуют с железом промежуточные фазы, поэтому при определенных концентрациях легирующего элемента на диаграммах появляется линия, ограничивающая растворимость, правее которой расположены двухфазные области (см. рис. 19, б). Однофазные сплавы с ОЦК решеткой, устойчивой при всех температурах вплоть до солидуса, называют ферритными сталями. Таким образом, ферритом называют не только твердый раствор углерода в Fe, но и любые твердые растворы на основе Fe.




Рис. 19. Диаграмма состояния железо – л.э. Рис. 20. Влияние л.э. на протяженность

с замкнутой γ-областью; а – открытая замкнутой γ-области

-область, б – закрытая -область.

^ 4.4. Влияние легирующих элементов на фазовые превращения сталей

Легирующие элементы, понижающие температуру А3 в безуглеродистых сплавах (Ni и Mn), смещают линии PSK, GS и SE диаграммы Fe - Fе3С в сторону более низких температур.

Легирующие элементы, повышающие температуру A3 в безуглеродистых сплавах, оказывают обратное влияние — они смещают линии PSK, GS и SE в сторону более высоких температур. Влияние некоторых легирующих элементов на положение эвтектоидной линии при нагреве показано на рис. 21.

В сложнолегированных сталях, содержащих элементы одной и другой групп, смещение критических температур зависит от количественного соотношения этих элементов.

Под влиянием легирования изменяется и положение узловых концентрационных точек диаграммы Fe - Fе3С. Важнейшие узловые точки стали — S, указывающая содержание углерода в эвтектоиде (рис. 22), и Е, указывающая максимальную растворимость углерода в аустените.



Рис. 21. Влияние л.э. на температуру Аc1 Рис. 22. Влияние л.э. на содержание

углерода в эвтектоиде


Большинство легирующих элементов уменьшает растворимость углерода в аустените при всех температурах, что равносильно сдвигу линии SE влево, в сторону меньших концентраций углерода.

Максимальная растворимость углерода в аустените (точка Е) наиболее резко уменьшается под влиянием элементов, замыкающих γ-областъ в безуглеродистых сплавах: Cr, Si, W, V, Тi.

Приведенная схема не охватывает всего многообразия возможных вариантов влияния легирующих элементов на критические точки железа и, следовательно, на вид диаграммы железо-углерод. При легировании железа несколькими элементами одновременно их влияние на получение γ- и -фаз не суммируется.

^ 4.5. Карбиды в легированных сталях


По степени сродства легирующих элементов к углероду по сравнению со сродством к нему железа различают карбидообразующие и не карбидообразующие легирующие элементы.

К карбидообразующим относятся переходные металлы с недостроенной d-электронной оболочкой. Чем меньше электронов на оболочке, тем больше сродство к углероду. В процессе карбидообразования углерод отдает свои валентные электроны на заполнение d – электронной полосы атома металла, тогда как у металла валентные электроны образуют металлическую связь, обуславливающую металлические свойства карбидов.

В сталях карбидообразующими являются следующие элементы: Fе, Мn, Сг, Мо, W, V, NЬ, Тi (элементы перечислены в порядке возрастания их карбидообразующей способности). Не карбидообразующие элементы (Cu, Ni, Co, Si, Al) карбидов в стали не образуют.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла менее ^ 0,59) сильные карбидообразователи — Мо, W, V, Nb, Тi — образуют с углеродом фазы внедрения. При этом чаще всего карбиды имеют формулу МеС, т.е. на один металлический атом приходится один атом углерода. При известных условиях W и Мо образуют карбиды, более богатые металлом — Ме2С. Mo2C, WC, VC, TiC, TaC, W2C – имеют простую кристаллическую решетку отличающиеся очень высокой тугоплавкостью, практически нерастворимы в аустените.

При соотношении атомных радиусов углерода и металла более ^ 0,59 образуются типичные химические соединения: Fe3C, Cr23C6, Cr7C3, Fe3W3C – которые имеют сложную кристаллическую решетку и при нагреве растворяются в аустените.

Все карбиды обладают высокой твердостью и температурой плавления.


^ 4.6. Классификация и маркировка сталей

4.6.1. Классификация сталей

 

Стали классифицируются по множеству признаков.

По химическому составу:

1. углеродистые:

углерод

низкоуглеродистые до 0,25 %

среднеуглеродистые 0,25-0,65 %

высокоуглеродистые свыше 0,65 %

2. легированные:

суммарное содержание

легирующий элементов

низколегированные ниже 2,5 %

среднелегированные 2,5-10 %

высоколегированные свыше 10 %

Если содержание Fe меньше 45 %, то это сплав, если больше – сталь. Основа сплава – элемент самого высокого содержания.

По назначению:

1. конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов;

2. инструментальные – применяются для изготовления различных инструментов;

3. с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами и др.

По структуре в равновесном состоянии:

1. доэвтектоидные;

2. эвтектоидные;

3. заэвтектоидные


По основной структуре (после высокотемпературного нагрева до 900 oC с последующим охлаждением на воздухе):

Перлитные, бейнитные, мартенситные, ферритные, аустенитные.

Также могут быть смешанные классы: феррито-перлитный и т.д. (при наличии не менее 10 % перлита).

По качеству. Количественным показателем качества является содержания вредных примесей: серы и фосфора, % (не более):

1. обыкновенного качества S≤0,05, P≤0,04

2. качественные стали S, P ≤0,035

3. высококачественные S, P ≤0,025

4. особовысокачественные S≤0,015, P≤0,025

По способу выплавки:

1. в мартеновских печах;

2. в кислородных конверторах;

3. в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.


^ 4.6.2. Маркировка сталей


В России принято буквенно-цифровое обозначение сталей.


Углеродистые стали обыкновенного качества.

Стали содержат повышенное количество серы и фосфора

Маркируются Ст.2кп., БСт.3кп, ВСт.3пс, ВСт.4сп.

Ст – индекс данной группы стали. Цифры от 0 до 6 - это условный номер марки стали. С увеличением номера марки возрастает прочность и снижается пластичность стали. По гарантиям при поставке существует три группы сталей: А, Б и В. Для сталей группы А при поставке гарантируются механические свойства, в обозначении индекс группы А не указывается. Для сталей группы Б гарантируется химический состав. Для сталей группы В при поставке гарантируются и механические свойства, и химический состав.

Индексы кп, пс, сп указывают степень раскисленности стали: кп - кипящая, пс - полуспокойная, сп - спокойная.


Качественные углеродистые стали.

Качественные стали поставляют с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В). Степень раскисленности, в основном, спокойная.

^ Конструкционные качественные углеродистые стали. Маркируются двухзначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента. Указывается степень раскисленности, если она отличается от спокойной.

Сталь 08, сталь 10 пс, сталь 45.

Содержание углерода, соответственно, 0,08 %, 0,10 %, 0.45 %.

Инструментальные качественные углеродистые стали маркируются буквой У (углеродистая инструментальная сталь) и числом, указывающим содержание углерода в десятых долях процента.

Сталь У8, сталь У13.

Содержание углерода, соответственно, 0,8 % и 1,3 %

^ Инструментальные высококачественные углеродистые стали. Маркируются аналогично качественным инструментальным углеродистым сталям, только в конце марки ставят букву А, для обозначения высокого качества стали.

Сталь У10А.


Легированные стали.

Обозначение буквенно-цифровое. Легирующие элементы имеют условные обозначения, Обозначаются буквами русского алфавита.


Обозначения легирующих элементов:

А – азот ( указывается в

середине марки),

Б – ниобий,

В – вольфрам,

Г – марганец,

Д – медь,

Е – селен,

К – кобальт,

М – молибден,

Н – никель,

П – фосфор,

Р – бор,

С – кремний,

Т – титан,

Ф – ванадий,

Х – хром,

Ц – цирконий,

Ю – алюминий,

Ч – редкоземельные


Легированные конструкционные стали.

В начале марки указывается двухзначное число, показывающее содержание углерода в сотых долях процента. Далее перечисляются легирующие элементы. Число, следующее за условным обозначением элемента, показывает его содержание в процентах, если число не стоит, то содержание элемента не превышает 1,5 %.

Сталь 30Х2МА.

В указанной марке стали содержится около 0,30 % углерода, 2% хрома, менее 1% молибдена.

Для обозначения высококачественных легированных сталей в конце марки указывается символ А.


Легированные инструментальные стали.

В начале марки указывается однозначное число, показывающее содержание углерода в десятых долях процента. При содержании углерода более 1 %, число не указывается,

Далее перечисляются легирующие элементы, с указанием их содержания.

Некоторые стали имеют нестандартные обозначения.

Сталь 9ХС, сталь ХВГ.

Быстрорежущие инструментальные стали.

Р – индекс данной группы сталей (от rapid – скорость), далее число, указывающее содержание основного легирующего элемента – вольфрама. Содержание углерода более 1%. Во всех быстрорежущий сталях содержится около хрома 4 %, поэтому он не указывается. Если стали содержат легирующие элемент, то их содержание указывается после обозначения соответствующего элемента.

Сталь Р5М3.

В указанной стали содержание вольфрама – ^ 5 %, молибдена – 3 %.


Шарикоподшипниковые стали.

Ш – индекс данной группы сталей. Х – указывает на наличие в стали хрома. Последующее число показывает содержание хрома в десятых долях процента. Содержание углерода более 1 %.

Сталь ШХ6, сталь ШХ15ГС.

В указанных сталях, соответственно, 0,6 % и 1,5 % хрома.


Буква «А» в конце марки обозначает высококачественную сталь (30ХГСА), в середине марки – азот, в начале марки – сталь автоматная (А35Г2).

Высоколегированные стали сложного состава иногда обозначают по порядковому номеру разработки и освоения на заводе (ЭИ, ЭП – «Электоросталь»).



52-metodologiya-i-principi-sostavleniya-marketingovoj-programmi-praktikum-po-marketingu-uchebnoe-posobie.html
52-mimika-referat-neverbalnie-elementi-v-obshenii-27-stranic.html
52-nalogovie-proverki-kak-razrabotat-biznes-plan-i-opredelit-strategiyu-razvitiya-biznesa-20-glava-voprosi-registracii.html
52-nejronnie-modeli-vospriyatiya-i-predmet-zadachi-i-metodi-psihofiziologii.html
52-normativnie-materiali-rekomendacii-po-ocenke-nedvizhimosti-v-usloviyah-ekonomicheskoj-neopredelennosti-prinyati.html
52-obespechenie-otkritosti-i-dostupnosti-informacii-o-deyatelnosti-organov-gosudarstvennoj-vlasti-i-organov-mestnogo-samoupravleniya-i-formiruemih-imi-informacionnih-resursov.html
  • student.largereferat.info/38-ustojchivost-upravleniya-i-istoriko-filosofskij-ocherk-kitezh-derzhavnij-grad-rossii-2004.html
  • doklad.largereferat.info/uchebno-metodicheskij-kompleks-kommercheskoe-pravo-sostavitel-trunina-e-v-saransk.html
  • composition.largereferat.info/otchet-federalnoj-eksperimentalnoj-ploshadki-shkola-kak-centr-integracii-osnovnogo-dopolnitelnogo-i-domashnego-obrazovaniya-sankt-peterburg-stranica-8.html
  • credit.largereferat.info/polozhenie-o-kraevom-konkurse-biznes-planov-v-sfere-agrobiznesa-sredi-studentov-tehnikumov-i-uchilish-agrarnogo-profilya-permskogo-kraya-agroprofi.html
  • esse.largereferat.info/razvitie-turizma-v-italii-chast-7.html
  • doklad.largereferat.info/upravlenie-federalnoj-sluzhbi-po-nadzoru-v-sfere-zashiti-prav-potrebitelej-i-blagopoluchiya-cheloveka-po-smolenskoj-oblasti.html
  • reading.largereferat.info/konceptualnie-podhodi-k-formirovaniyu-metapredmetnih-znanij-starsheklassnikov-v-usloviyah-profilnogo-obucheniya.html
  • lecture.largereferat.info/administrirovanie-uproshennoj-sistemi-nalogooblozheniya-chast-9.html
  • textbook.largereferat.info/httpwww-ozon-rucontextdetailid7278788.html
  • uchenik.largereferat.info/2rol-i-mesto-pedagoga-v-pedagogicheskom-processe-programma-uchebnij-plan-v-sootvetstvii-s-gosudarstvennimi-trebovaniyami.html
  • institut.largereferat.info/test-po-teme-rossijskaya-mnogopartijnost-i-parlamentarizm-nachala-hh-veka.html
  • nauka.largereferat.info/vidi-formi-i-klassifikaciya-krovel-chast-7.html
  • tasks.largereferat.info/23-avtomatizaciya-upravleniya-deyatelnostyu-filiala-otchet-o-rezultatah-samoobsledovaniya-orehovo-zuevskogo-filiala.html
  • znanie.largereferat.info/aufgaben-zum-text-metodicheskie-ukazaniya-po-praktike-nemeckogo-yazika-kak-vtorogo-inostrannogo-dlya-studentov-chetvyortogo-kursa.html
  • institut.largereferat.info/timofeeva-o-yu-uchitel-inostrannogo-yazika-mou-gimnaziya-23-informacionnie-kompyuternie-tehnologii-v-nachalnoj-shkole-kak-sredstvo-realizacii-kompetentnostnogo-podhoda-v-obuchenii.html
  • universitet.largereferat.info/standart-osnovnogo-obshego-obrazovaniya-po-fizike.html
  • essay.largereferat.info/doklad-yu-r-spirinoj-uvazhaemie-kollegi.html
  • turn.largereferat.info/peresmotr-avtoriteta-antichnoj-kulturi-plan-vvedenie-zhan-kalvin-zhizn-i-deyatelnost-protestantizm-dvizhenie.html
  • lecture.largereferat.info/andrej-bogatirev-hrestomatiya-po-programmirovaniyu-na-si-v-unix-copyright-andrej-bogatirev-1992-95-stranica-21.html
  • desk.largereferat.info/plan-raboti-po-obespecheniyu-aprobacii-modelnoj-metodiki-v-mou-gimnazii-14-s-01-09-09g-sostav-rabochej-gruppi.html
  • upbringing.largereferat.info/lektortrener.html
  • upbringing.largereferat.info/kompleksnaya-harakteristika-osobennostej-sirevih-baz-sovremennogo-sostoyaniya-i-perspektiv-razvitiya-neftyanoj-promishlennosti-rossii.html
  • bukva.largereferat.info/nalogovaya-sistema-rossijskoj-federacii-chast-2.html
  • knowledge.largereferat.info/neveroyatnoe-sobitie-proizoshedshee-na-ozere-son-kol-byubyu-mariyam.html
  • bukva.largereferat.info/nasosi-i-pozharnie-avtomobili-chast-2.html
  • uchitel.largereferat.info/razvitie-i-razmeshenie-transportnogo-kompleksa-rf-chast-14.html
  • znaniya.largereferat.info/realizaciya-programmi-stroitelstva-olimpijskih-obektov-i-razvitiya-goroda-sochi-kak-gornoklimaticheskogo-kurorta.html
  • otsenki.largereferat.info/shahta-kirovskaya-shahta-imeni-a-bajzhanova-5.html
  • gramota.largereferat.info/yu-v-bzhiskaya-kandidat-pedagogicheskih-nauk-docent.html
  • desk.largereferat.info/plan-raboti-doshkolnih-grupp-dlya-6-letnih-detej-mobu-gimnaziya-1.html
  • shkola.largereferat.info/strategiya-reklamnoj-kampanii.html
  • obrazovanie.largereferat.info/programma-po-kursu-reshenie-uravnenij-i-neravenstv-s-parametrami-dlya-9-klassov.html
  • learn.largereferat.info/formirovanie-ponyatiya-i-yazik-annotaciya.html
  • school.largereferat.info/dajdzhest-pressi-dekabr-2008g22-stranica-2.html
  • textbook.largereferat.info/igromaniya-kompyuter-internet-stranica-3.html
  • © LargeReferat.info
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.