Конструкционные цементуемые стали. Характеристика, свойства, термообработка

1 группа – углеродистой стали

2 группа – низколегированные хромистые стали. Сердцевина слабоупрочняемая

3 группа – большие нагрузки, поэтому + никель. В сердцевине может появиться беенид. Никель заменяется марганцем

Цементуемые стали используются для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок. Детали должны сочетать высокую поверхностную прочность и твердость и достаточную вязкость сердцевины.

В результате цементации достигается только выгодное распределение углерода по сечению. Окончательно формирует свойства цементованной детали последующая термообработка. Все изделия подвергают закалкес низким отпуском. После закалки цементованное изделие приобретает высокую твердость и износостойкость, повышается предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе, при сохранении вязкой сердцевины.

Если сталь наследственно мелкозернистая или изделия неответственного назначения, то проводят однократную закалку с температуры 820…850^oС (рисунок, позиция б). При этом обеспечивается получение высокоуглеродистого мартенсита в цементованном слое, а также частичная перекристаллизация и измельчение зерна сердцевины.

При газовой цементации изделия по окончании процесса подстуживают до этих температур, а затем проводят закалку, при этом не требуется повторный нагрев под закалку (рисунок, позиция а).

Завершающей операцией термической обработки всегда является низкий отпуск, проводимый при температуре 150…180^oС. В результате отпуска в поверхностном слое получают структуру мартенсита отпуска, частично снимаются напряжения.

Конструкционные улучшаемые стали. Их термообработка

Деление на группы по прокаливаемости

1 группа – углеродистые стали. Д_кр – макс. диаметр, в центре которого 50% -90%-95% мартенсита

Для углеродистых Д₉₅ = 10 мм

2 группа – Д95=15-20 мм. Эти стали имеют склонность к появлению отпускной хрупкости 2 рода. Охлаждение быстрее после отпуска (вода, масло)

3 группа добавляют молибден, марганец, титан

4 группа Д95=40мм, хромоникеливые стали

Детали, требующие высокой поверхностной твердости при вязкой сердцевине (зубчатые колеса, валы, оси, втулки), подвергаются поверхностной закалке токами высокой частоты. Для снятия напряжений проводят низкий отпуск.

Улучшаемые легированные стали применяют для более крупных и более нагруженных ответственных деталей. Стали обладают лучшим комплексом механических свойств: выше прочность при сохранении достаточной вязкости и пластичности, ниже порог хладоломкости.

Строительные стали

Эти стали подвержены коррозии. Обладают хорошей свариваемостью. Объясняется качеством сварного шва

Склонность горячих и холодных трещин зависит от содержания углерода

Горячие трещины образуются в момент кристаллизации. Их образованию способствует расширение интервала кристаллизации, который является ф-й содержания углерода

Холодные трещины. Металл шва и около шовной зоны нагревается выше критической точки. При охлаждении протекает распад аустенита, сопровождающийся объемными изменениями. Чем выше содержание углерода, тем значительнее объемные изменения. Это является причиной холодных трещин.

Стали не более 0,25% С

Стали поставляются в горяче-катанном или в нормализованном состоянии. (назначается, чтобы понизить порог хладноломкости)

Особенно дорогие стали, содержащие никель, молибден, вольфрам, кобальт

Жаропрочные и жаростойкие стали. Критерии жаропрочности

Жаропрочность – это способность металла сопротивляться пластической деформации и разрушению при высоких температурах. Жаропрочные материалы используются для изготовления деталей, работающих при высоких температурах, когда имеет место явление ползучести. Критериями оценки жаропрочности являются кратковременная и длительная прочности, ползучесть.

Кратковременная прочность определяется с помощью испытаний на растяжение разрывных образцов. Образцы помещают в печь и испытывают при заданной температуре. Обозначают кратковременную прочность σ_в^t =, например σ_в^300oС= 300МПа. Прочность зависит от продолжительности испытаний.

Пределом длительной прочности называется максимальное напряжение σ_x^t, которое вызывает разрушение образца при заданной температуре за определенное время. Например, σ_300ч^900о= 200 МПа, верхний индекс означает температуру испытаний, а нижний – заданную продолжительность испытания в часах. Для котельных установок требуется невысокое значение прочности, но в течение нескольких лет.

Критерии:

1) Предел длительной прочности (сигма сверху t, снизу тау) тау – время в часах

Предел д.п. – напряжение, которое вызывает разрушение образца при заданной температуре за определенное время, соответствующее условиям эксплуатации изделий.

2) Предел ползучести (сигнма сверху tснизу дельта/тау) дельта – удлинение в %

Предел п. – напряжение, вызывающее заданную деформацию суммарную за определенное время при заданной температуре

Твердые сплавы

Металлокерамические твердые сплавы – инструментальный материал, состоящий из сорбидов тугоплавких металлов и кобальта, играющего роль связки

Получают методов порошковой металлургии

В основном работают на износ тверд. Сплавы

ВК8 – кобальт, 8%, остальное корбит вольфрама

WC – дорогой, заменяют на ТК сплав

Т15К6 – кобальт 6, титан 15, остальное WC

ТТК

ТТ7К12 – кобальт 12, (TiC+TaC (тантал))=7

В настоящее время разрабатываются безвольфрамовые сплавы TiC + Ni

Медные сплавы

tплавления = 1800 град ц

ГЦК решетка

В этажонном состоянии сигма снизу в = 220 – 240 Мпа

Дельта удл = 50%

Сваривается со всеми видами сварки

Удовлетворительная коррозионная стойкость

Холодная пластическая деформация вызывает волокнистое строение. Сигма снизу в = 450 Мпа, дельта удл = 2%

Электропроводность резко уменьшается

Примечание: холодная деформация – наклепа нет

А) Металл до холодной деформации

Холодная деформ. С усилием p

Структура приняла волокнистое строение, при этом прочность увеличилась, пластичность снизилась

Б) Возврат (отдых). Структура в виде текстуры, при этом пластичность увел., прочность сниз.

В) Рекрестализзационный отжиг

Чтобы восстановить высокую электропроводность и пластичность, медь подвергают рекристализационному отжигу t=600-700

Характер взаимодействия меди с лег. Элементами:

1) Растворимые в меди – повыш. Прочность (Al, Fe, Ni)

2) Нерастворимые – образуют эвтектику, откладываются по границам зерен. Способствует красноломкости (свинец, висмут)

3) Особо вредные – образуют эвтектику (кислород и сера)

Медные сплавы. Повышая прочность медных сплавов,легирующие элементы практически не снижают пластичность. Цинк, олово повышают пластичность

Фазы: α,β,γ,δ,ε,η

1) Медь в цинке тв. Р-р

2) Промежуточная фаса CuZn

3) Cu₅Zn

4) Не установлена

5) CuZn₃

6) Твердый р-р

В сочетании с марг, никелем, алюм, задерживают рекристаллиз. Латуни и измельчают зерно

Олово повыш. Коррозионные св-ва латуни 0,5-1,5%

Свинец улучшает обрабатываемость резания.

Бронза – сплав меди с какими-то металлами, кроме цинка.

Алюминиевые бронзы относятся к термически неупрочняемым