- •Конспект лекций по общему курсу материаловедения
- •Для студентов заочной формы обучения
- •Учебное пособие
- •Москва 2013
- •Введение.
- •Глава 1. Теория сплавов.
- •1.1. Механические свойства сплавов и методы их определения.
- •1.2. Атомно-кристаллическая структура металлов.
- •1.3. Дефекты кристаллического строения металлов.
- •1.4. Закономерности кристаллизации металлов и сплавов.
- •1.5. Микроструктура сплавов.
- •1.6. Характеристика фаз и структурных составляющих.
- •1.7. Диаграммы состояния.
- •1.8. Фазы и структурные составляющие в сплавах Fe-c.
- •1.9. Влияние химического состава и структуры на свойства сталей и чугунов.
- •1.10. Классификация, маркировка и применение углеродистых сталей.
- •1.11. Применение чугунов.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Глава 2. Теория термической обработки.
- •2.1. Критические температуры при термообработке стали.
- •2.2. Превращения при нагреве стали.
- •Перегрев и пережог.
- •2.3. Превращения в стали при непрерывном охлаждении.
- •2.4. Образование структур перлитного типа.
- •2.5. Промежуточное превращение.
- •2.6. Мартенситное превращение.
- •2.6.1.Особенности мартенситного превращения.
- •2.6.2. Свойства мартенсита.
- •2.7. Превращения при отпуске.
- •2.7.1. Свойства стали после отпуска.
- •2.7.2. Отпускная хрупкость.
- •2.7.3. Старение.
- •2.8. Прокаливаемость и закаливаемость стали.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
- •Глава 3. Технология термической обработки.
- •3.1. Технология объемной термообработки стали.
- •3.1.1. Отжиг 1-го рода.
- •3.1.2. Отжиг 2-го рода.
- •3.1.3. Нормализация.
- •3.1.4. Дефекты отжига и нормализации.
- •3.1.5. Закалка.
- •3.1.6. Дефекты закалки.
- •3.2. Поверхностная закалка.
- •3.3. Химико-термическая обработка (хто).
- •3.3.1. Цементация.
- •3.3.2. Азотирование.
- •3.3.3. Нитроцементация.
- •Контрольные вопросы.
- •Глава 4. Машиностроительные материалы.
- •4.1. Легированные конструкционные стали.
- •4.2. Специальные стали и сплавы.
- •4.3. Литейные сплавы.
- •4.4. Неметаллические материалы.
- •4.4.1. Пластмассы.
- •4.4.2. Резины.
- •4.4.3. Клеи и герметики.
- •4.5. Композиционные материалы.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература
- •Глава 5. Порошковые материалы.
- •5.1. Технология производства металлических порошков.
- •Основными элементами технологии порошковой металлургии являются:
- •5.2. Свойства металлических порошков.
- •5.3. Классификация порошковых сталей.
- •5.4. Порошковые углеродистые конструкционные стали.
- •5.5. Порошковые легированные конструкционные стали.
- •Медистые порошковые стали.
- •Порошковые стали, легированные никелем.
- •Порошковые железомедноникелевые стали.
- •Порошковые молибденовые стали.
- •Хромистая порошковая сталь.
- •Марганцовистые порошковые стали.
- •Сложнолегированные порошковые конструкционные стали.
- •5.6. Порошковые стали инструментального назначения.
- •5.7. Порошковые стали специального назначения.
- •5.8. Антифрикционные материалы на основе железа.
- •5.9 Термическая обработка порошковых сталей.
- •5.10. Свойства и применение порошковых сплавов.
- •Применение порошковых материалов
- •Методами порошковой металлургии получают:
- •Применение и состав порошковых сплавов
- •5.11. Производство деталей из порошковых материалов.
- •5.12. Эффективность технологии порошковой металлургии.
- •Контрольные вопросы.
- •Литература.
5.7. Порошковые стали специального назначения.
Использование порошковых материалов для изготовления изделий, эксплуатируемых в экстремальных условиях, обусловило необходимость создания сталей и сплавов, работающих при повышенных нагрузках, в условиях воздействия коррозионных сред, пониженных и повышенных температур. К числу таких порошковых материалов относятся мартенситностареющие, антикоррозионные и другие стали.
Мартенситностареющие порошковые стали. Мартенситностареющие порошковые стали относятся к разряду высокопрочных сталей, которые по своим свойствам не уступают литым и кованым сталям соответствующего состава. Возможность введения в них повышенного содержания титана (до 2-3%) позволяет увеличить их прочность до 2000 МПа при относительном удлинении 2-3% и ударной вязкости ан = 300-400 кДж/м2.
В мартенситностареющих сталях общим является низкое содержание углерода (не более 0,03%), суммарное содержание кремния и марганца не более 0,2% (допустимое содержание каждого из них не более 0,12%), низкое содержание серы и фосфора (не более 0,01% каждого). В табл. 12 приведены составы и свойства некоторых порошковых мартенситностареющих сталей.
Таблица 12.
Состав и свойства мартенситностареющих порошковых сталей, спеченных при 1250 оС в течение 4 ч.
Марка стали |
Химический состав, массовая доля % |
Свойства после спекания, термической и термохимической обработки | |||||||||||||
Никель |
Кобальт |
Другие элементы |
Старение
|
Степень холодной деформации % |
Старение
|
σр, МПа |
σ0,9, МПа |
δ, % |
υ, % |
К1с, Мпа · мм½ |
НРС9 |
αН, кДж/м2 | |||
◦С |
ч |
◦С |
ч | ||||||||||||
СПН14К7М5Т |
13,5-14,5 |
6,7-7,5 |
|
- 480 - |
- 3 - |
- - 90 |
- - 500 |
- - 4 |
900 1380 1480 |
360 1380 1480 |
7 5 2,9 |
18 14 10 |
1560 1590 - |
- - - |
760 630 - |
СПН14К7М5Т3 |
13,5-14,5 |
4,8-5,1 |
|
- 180 - |
- 3 - |
- - 90 |
- - 500 |
- - 4 |
1150 1860 2400 |
1060 1930 2200 |
4,5 2 1 |
12 6 3 |
1830 1370 - |
- - 60 |
550 3000 - |
СПН14К5М5Т2Т |
13,5-14,5 |
4,8-5,1 |
|
- 150 - |
- 3 - |
- - 90 |
- - 500 |
- - 4 |
1180 2300 2600 |
1140 2100 2400 |
12 8 1 |
71 35 4 |
- - - |
- - 58 |
280 180 - |
СПН17К5М5Т |
13,5-14,5 |
4,8-5,1 |
|
- 480 - |
- 3 - |
- - 90 |
- - 500 |
- - 4 |
1100 2200 2400 |
940 2000 2300 |
14 10 2 |
75 58 7 |
- - - |
- |
650 650 - |
СПН17К5М5ТЮД |
16,5-17,5 |
5,8-9,5 |
|
- 480 |
- 3 |
- - |
- - |
- - |
1300 2500 |
1250 2400 |
10 8 |
35 25 |
- - |
- - |
- - |
Получают высокопрочные мартенситностареющие стали путем холодного прессования либо смеси чистых порошковых компонентов, либо смеси железного порошка с гидридами, а также из галоидных соединений легирующих элементов, которые, разлагаясь при спекании, обеспечивают получение более однородной структуры. Наибольшая дисперсность структуры и ее высокая однородность при спекании, отсутствие в структуре спеченных сталей ликвации достигаются при использовании распыленных порошковых мартенситностареющих сталей.
Спекание прессовок производят при температуре 1250-1300°С в течение 3-4 ч. Дальнейшее повышение прочностных свойств может быть достигнуто после холодной пластической деформации (степень деформации 30-90%) с последующим старением при 400-500°С, а также сочетанием закалки, пластической деформации и старения.
Среда при спекании, термической обработке (закалке, старении) определяется составом стали. Стали, не содержащие титан, могут обрабатываться в водороде, аргоне, вакууме; содержащие титан — только в остроосушенном и очищенном аргоне и вакууме. Высокие свойства мартенситностареющих сталей по сравнению с обычными инструментальными сталями позволяют рекомендовать их для изготовления инструмента, работающего при значительных статических и динамических нагрузках. Так, вырубные штампы из порошковой мартенситностареющей стали имеют в 10-15 раз более высокую стойкость по сравнению со штампами из кованой стали Х12Ф1.
Антикоррозионные порошковые стали. Технология изготовления порошковых изделий из антикоррозионных порошковых сталей включает все этапы, которые присущи процессу изготовления обычных конструкционных деталей. Спекают изделия из антикоррозионных сталей при 1150-1350°С в течение 3-6 ч. Однако из-за высокого сродства к кислороду хрома, содержащегося в повышенном количестве в антикоррозионных сталях, при спекании применяют либо вакуум, либо остроосушенный водород с точкой росы не менее 55-60 °С. Спекание в водороде и вакууме обеспечивает рафинирование металла от оксидов и других вредных примесей, что повышает механические и химические свойства изделий. В некоторых случаях допускается спекание в остроосушенном диссоциированном аммиаке. В связи с тем, что спекание в диссоциированном аммиаке сопровождается образованием нитридов хрома, которые охрупчивают изделия и понижают их коррозионную стойкость, охлаждение после спекания рекомендуется проводить быстро. При низкой степени осушки водорода и диссоциированного аммиака желательно применять засыпки с веществами, обладающими большим сродством к кислороду (порошки титана, хрома).
Коррозионная стойкость порошковых антикоррозионных сталей зависит от пористости и наличия примесей. Наличие пор свыше 5-10% повышает скорость коррозии в десятки и даже сотни раз. В связи с этим рекомендуется применение беспористых изделий, получаемых путем горячей ковки, штамповки пористых (свыше 20-25 % пор) заготовок. В этом случае по механическим и химическим свойствам порошковые детали не уступают изделиям, изготовленным из литых и кованых сталей соответствующего состава. В целях повышения механических свойств рекомендуется после горячей ковки проводить диффузионный отжиг. Антикоррозионные порошковые стали широко используются взамен кованых при изготовлении большого числа конструкционных изделий, фильтрующих элементов и т. п. Так, мартенситная сталь СП20Х13 может применяться для изготовления средне- и тяжелонагруженных деталей, работающих в условиях повышенной влажности, а также для изготовления износостойких изделий. Ферритная сталь СПХ25, обладая высокой коррозионной стойкостью, применяется для изготовления коррозионно-стойких сильно нагруженных деталей, работающих в экстремальных условиях и агрессивных средах.