22.Износостойкие аустенитные стали

Для изготовления деталей, работающих на износ в условиях трения скольжения и высоких давлений и ударов (например, траки некоторых гусеничных машин, щеки дробилок, черпаки землечерпательных машин, скипов, крестовины железнодорожных и трамвайных путей и т.д.), применяют высокомарганцовистую аустенитную сталь 110Г13Л (1,0... 1,5 % С; 11,0... 15,0 % Мп) (ГОСТ2176-77).. . Si кремний 0,8-1,00%; Mn марганец 11,5-15%; C углерод 0,9-1,4%; Cu медь до 0,3%; Ni никель до 1%; S сера до 0,05%; P фосфор до 0,12; Cr хром до 1%. Структура стали 110Г13Л после литья - аустенит и избыточные карбиды (Mn,Fe)3C, снижающие прочность и вязкость стали. Поэтому литые изделия с t =1070 - 1100 ºС закаливают в воде. При таком нагреве карбиды растворяются, и сталь после закалки имеет-аустенитную-структуру. предел прочности (временное сопротивление) условный предел текучести относительное удлинение (пластичность) относительное сужение начальная твердось в исходном состоянии 200 НВ; после воздействия холодной деформации модуль упругости Е=200000 Мпа; модуль сдвига G=78000 Мпа; плотность Для стали с аустенитной структурой характерен низкий предел текучести, и под влиянием холодной деформации такая сталь сильно упрочняется. Если детали работают в условиях значительных давлений и ударных нагрузок, вызывающих наклеп, то твердость и сопротивление стали износу повышаютсяНазначениеИзносостойкая сталь 110Г13Л с высоким содержанием марганца (11—14,5%) и углерода (0,9-1,3%) имеет аустенитную структуру с высокой вязкостью, предназначена для изготовления деталей работающих на износ в условиях трения, давления и ударных нагрузок при которых происходит самоупрачнение (наклёп) стали и её прочность и износостойкость значительно возрастает.Область применения:Применяется для производства деталей горношахтного оборудования, сельскохозяйственных машин, размольного и дробеструйного оборудования, а также накладок на лопасти глиносмесителей, применяемых в промышленности строительных материалов.

23.Остаточные внутренние напряжения. Упрочнение металла

К неизбежным причинам, способствующим возник­новению напряжений и деформаций, относятся такие, без кото­рых процесс обработки происходить не может. К этим причинам при сварке относят неравномерный нагрев, кристал­лизационную усадку швов, стуктурные изменения металла шва и околошовной зоны и т. д.К сопутствующимпричинам, способствующим возникновению напряжений и деформаций, относятся такие, без которых процесс сварки может происходить. К таким при­чинам при сварке относят неправильные решения конструкции сварных узлов (близкое расположение швов, их частое пересечение, неправильно выбранный тип соединения и т. д.), применение устаревшей техники и технологии сварки (неверно выбраны способы наложения слоев и диаметр электрода, не соблюдаются режимы сварки и т. д.), низкая квалификация сварщика, нарушение геометрических размеров сварных швови т. д.Кристаллизационная усадка металла шва вызывается тем, что при охлаждении металл шва уменьшается в объеме, но поскольку одновременно шов имеет жесткую связь с относительно холодным основным металлом, его усадка вызывает появление внутренних напряжений.Кристаллизационная усадканезакрепленного (сво­бодного) образца приведет лишь к его укорочению. Если же усадка будет иметь место либо в условиях жесткого закреп­ления свариваемых деталей, либо в условиях неравномер­ного (неодинакового) нагрева, то в этом случае в конструкции после остывания образуются внутренние напряжения, вызываю­щие ее деформацию. В процессе снижения температуры в жестко закрепленной детали будут возникать силы растяжения, стремящиеся ее разорвать.Механизм образования напряжений и деформаций при сварке. Классификация напряжений. Остаточные напря­женияпри сварке возникают в результате появления термо­пластических деформаций, которые образуются от неравномер­ного распределения температуры в изделии. Такие деформации бывают упругие и упруго-пластические.Остаточные напряжения в зависимости от объема тела, в пределах которого они уравновешены, классифицируются следующим образом.Остаточныенапряженияпервого рода уравновешиваются в крупных объемах, соизмеряемых с размерами изделия или его частей, и обладают определенной ориентацией в зависимости от формы изделия. Эти напряжения определяют расчетом, исходя из теории упругости и пластичности, а также экспериментально.Остаточныенапряжениявторого рода уравно­вешиваются в пределах микрообъемов тела, т. е. в пределах одного или нескольких зерен металла. Эти напряжения не имеют определенной направленности и не зависят от формы изделий. Находят эти напряжения опытным путем.Остаточные напряжениятретьего рода урав­новешиваются в мельчайших объемах — в пределах атомной решетки. Они также не имеют определенной направленности и определяются экспериментально по степени изменения ин­тенсивности линий на рентгенограммах.В строительных конструкциях и в машиностроении инже­нерными расчетами определяют только напряжения первого рода.По направлению в теле собственные напряжения (рис. 46) могут быть одноосными — линейными, двухосными — плос­костными и трехосными — объемными.При рассмотрении процесса возникновения деформаций при сварке следует учитывать, что в процессе охлаждения стали изменяются ее физические и механические свойства (рис. 47).Классификация сварочных деформаций. Сварные конструк­ции в результате появления упругопластических деформаций всварных соединениях могут изменить свои размеры и претерпеть общие деформации. Последние могут быть про­дольными и поперечными, деформациями изгиба, скручивания ипотери устойчивости.В результате продольных и поперечных деформаций происходит сокращение элементов по длине и ширине. Эти деформации образуются при симметричной укладке сварных швов.Деформации изгиба образуются при несимметричном расположении сварных швов в конструкциях и сопровождаются продольным сокращением элементов — продольной усадкой швов и поперечным сокращением — поперечной усадкой швов. Этот вид деформации в практике встречается довольно часто.Деформации скручивания образуются вследствие несим­метричного расположения швов в поперечных сечениях элемен­тов и встречаются относительно редко.Деформации потери устойчивости вызываются сжимающими напряжениями, которые образуются в процессе нагревания и остывания изделий.

24.Углеродистые стали обычного качества

По химическому составу различают углеродистые и легированные стали - это сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14 % углерода (С) при малом содержании других элементов. Они обладают высокой пластичностью и хорошо деформируются. Углерод сильно влияет на свойства стали даже при незначительном изменении его содержания. Углеродистые стали можно классифицировать по нескольким параметрам:По качествуПо способу раскисления По качествуИзготавливаются по ГОСТ 380-71. Обозначают буквами Ст и условными номерами от 0 до 6, например: Ст 0, Ст 1, ..., Ст 6. Степень раскисления обозначают буквами сп (спокойная сталь), пс (полу­спокойная), кп (кипящая), которые ставят в конце обозначения марки стали.В зависимости от назначения различают три группы сталей обыкновенного качества: А, Б и В. В марках указывают только группы Б и В, группу А не указывают.Группа А поставляются только по механическим свой­ствам, химический состав сталей этой группы не регламентируется, он только указывается в сертификатах завода-изготовителя. Стали этой группы обычно используются в изделиях в состоянии поставки без обработки давлением и сварки. Чем больше цифра условного номера стали, тем выше ее прочность и меньше пла­стичность.Группа Б поставляется только с гарантируемым химическим составом. Чем больше цифра условного номера стали, тем выше содержание углерода. Эти стали в дальнейшем могут подвергаться деформации (ковке, штамповке и др.), а в отдельных случаях и термической обработке. При этом их первоначальная структура и механические свойства не сохраняются. Знание химического состава стали позволяет определить температурный режим горячей обработки давлением и термообработки.Группа В могут подвергаться сварке. Их поставляют с гарантированным химическим составом и гарантированными свойствами. Стали этой группы маркируются буквой В и цифрой, например — В СтЗпс. Эта сталь имеет механические свойства, соответствующие ее номеру по группе А, а химический состав — номеру по группе Б с коррекцией по способу раскисления.Этот класс углеродистых сталей изготавливается по ГОСТ 1050—74. Качественные стали поставляют и по химическому составу, и по механическим свойствам.. К ним предъявляются более жесткие требования по содержанию вредных примесей (серы не более 0,04 %, фосфора не более 0,035 %), неметаллических вклю­чений и газов, макро- и микроструктуры.Качественные углеро­дистые стали маркируют двузначными цифрами 08, 10, 15, ..., 85, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях про­цента с указанием степени раскисленности (кп, пс). Качественные стали делят на две группы: с обычным содержанием марганца (до 0,8 %) и с повышенным содержанием (до 1,2 %). При обозна­чении последних в конце марки ставится буква Г, например 60 Г. Марганец повышает прокаливаемость и прочностные свойства, но несколько снижает пластичность и вязкость стали.При обозначении кипящей или полуспокойной стали в конце марки указывается степень раскисленности: кп, пс. В случае спокойной стали степень раскисленности не указывается.

25.Модифицированный чугун (высокопрочный)

Высокопрочный чугун, или модифицированный чугун превосходит обычные серые чугуны по прочности и пластичности. Высокопрочный чугун имеет более высокие механические свойства благодаря шаровидной и раздробленной форме графита (а все свойства чугунов находятся в непосредственной зависимости от формы, в которой в них находится углерод). В высокопрочном чугуне графит имеет шаровидную форму. Для получения графита шаровидной формы чугун модифицируют магнием с последующим модифицированием ферросилицием.Высокопрочный чугун обозначается: ВЧ38-17 – ВЧ120-4 (всего девять марок). Буквы обозначают принадлежность данного сплава к высокопрочным чугунам, первые две или три цифры показывают временное сопротивление, вторые одна или две цифры – относительное удлинение.Отличительной особенностью высокопрочного чугуна являются его высокие механические свойства: временное сопротивление 373 – 1180 МПа, относительное удлинение 2 – 17%, твердость НВ 137 – 360, что обусловлено шаровидной формой графита, который в меньшей степени, чем пластинчатый графит в сером чугуне, ослабляет сечение металлической массы и не оказывает на нее надрезающего действия. Этот чугун имеет высокую износостойкость, хорошую коррозионную стойкость, теплостойкость, жаростойкость, хладностойкость и т.д. Высокопрочный чугун широко используют взамен литых стальных заготовок.По составу металлической массы высокопрочный чугун может быть:ферритным; перлитно-ферритным; перлитным;Жидкотекучесть высокопрочного чугуна такая же, как и у серого чугуна при одном и том же химическом составе и прочих равных условиях (температуре заливки, скорости охлаждения и др.), что позволяет получать отливки с толщиной стенок 3 – 4мм сложной конфигурации. Линейная усадка высокопрочного чугуна составляет 1,25 – 1,7%. Это затрудняет изготовление отливок без усадочных дефектов.Отливки из высокопрочного чугуна применяют в тяжелом машиностроении, в металлургической промышленности при работе в условиях больших статических и динамических нагрузках. Это детали прокатного, кузнечно-прессового и горнорудного оборудования, а также дизелей, паровых, газовых и гидравлических турбин массой от нескольких килограммов до нескольких десятков тонн.

26. Отжиг первого рода. Это отжиг, при котором, как правило не происходит фазовых превращений (перекристализации), а если они имеют место, то не оказывают влияния на конечные результаты. Различают следующие разновидности отжига первого рода: гомогенизационный, рекристаллизационный и уменьшающий напряжения. Гомогенизационный отжиг, или гомогенизация, применяется для выравнивания химической неоднородности (за счет диффузии) зерен твердого раствора, т. е. уменьшения микроликвации в фасонных отливках и в слитках главным образом из легированной стали. В процессе гомогенизации слитки нагревают до 1100-1200°С, выдерживают при этой температуре 8—15 ч, а затем медленно охлаждают до 200—250 °С. Продолжительность отжига 80 - 110 часов. Рекристаллизационному отжигу подвергают сталь,деформированную в холодном состоянии (см. гл. 2). Наклеп может оказаться столь большим, что сталь становится мало пластичной и дальнейшая деформация становится невозможной. Для возвращения стали пластичности и возможности дальнейшей деформации изделия проводят рекристализационный отжиг. При нагреве холоднодеформированной (наклепанной) стали до температуры 400—450 °С изменений в строении стали не происходит, механические свойства изменяются незначительно и только снимается большая часть внутренних напряжений. При дальнейшем нагреве механические свойства стали резко изменяются: твердость и прочность понижаются, а пластичность повышается (рис. 9.1). Это происходит в результате изменения строения стали. Вытянутые в результате деформации зерна становятся равноосными. Рекристаллизация начинается с появления зародышей на границах деформированных зерен. В дальнейшем зародыши растут за счет деформированных зерен, в связи с чем происходит образование новых зерен, пока деформмированных зерен совсем не останется (рис. 9.1). Под температурой рекристаллизации подразумевается температура, при которой в металлах, подвергнутых деформации в холодном состоянии, начинается образование новых зерен. А. А. Бочвар установил зависимость между температурой рекристаллизация температурой плавления стых металлов: Трекр = 0,4 Тпл, где Трскр и Тпл — соответственно температуры рекристаллизации и плавления в кельвинах по термодинамической шкале. Температуры рекристаллизации для некоторых металлов таковы: Молибден___ 900 °С Медь___270 °С Железо_____ 450 °С Свинец__-30°С В связи с тем что при температуре рекристаллизации процесс образования новых зерен происходит очень медленно, для ускорения процесса холоднодеформированные металлы и сплавы нагревают до более высокой температуры, например углеродистую сталь до 600 - 700 °С, медь до 500—700 °С. Эти температуры и являются температурами рекристаллизационного отжига. В зависимости от степени деформации размер зерна стали после рекристаллизации получается различный. При определенной степени деформации (для стали 7—15 %) после рекристаллизации получаются очень большие зерна. Такая степень деформации называется критической степенью деформации. Во избежание сильного роста зерна при рекристаллизации деформацию стали заканчивают со степенью обжатия, больше чем критическая степень деформации, или проводят отжиг с полной фазовой перекристаллизацией. Отжиг, уменьшающий напряжения. Это нагрев стали до температуры 200—700 °С (чаще до 350—600 °С) и последующее охлаждение с целью уменьшения внутренних напряжений после технологических операций (литье, сварка, обработка резанием и др.)

27.Полиморфные превращения

ПОЛИМОРФИЗМ (от греч. polymorphos — многообразный, от poly — много и morphl — форма, вид) — способность твёрдого тела существовать в 2 или неск. кристаллич. структурах. Различные кристаллич. структуры тела наз. его полиморфными модификациями, а переход одной модификации в другую наз. полиморфным превращением. Модификации одного и того же вещества обычно обозначают греч. буквами (напр., для железа a-Fe, v-Fe). Высокотемпературная хрупкость объясняется полиморфным превращением белого тетрагонального олова в хрупкое ромбическое при 161 "С [1]. Однако такого превращения нет; хрупкость вызвана примесями, содержащимися в этом олове.

 Для повышения жаропрочных свойств применяется так называемая механико-термическая обработка (МТО), которая, в отличие от ТМО, не связана с полиморфным превращением наклепанного материала. МТО заключается в создании в материале полигональной структуры путем деформирования и последующей стабилизации полученного структурного состояния при температурах, не превышающих температуру начала рекристаллизации. 5) полиморфное превращение предварительного деформированного металла (в случае обработок с полиморфным превращением). с полиморфным превращением. Применительно к аустенитным сталям и жаропрочным сплавам количество работ по термомеханической обработке весьма ограничено, это, в основном, работы по холодному и полугорячему наклепу, которые опубликованы в отечественной и зарубежной печати. ратуры для железа-армко в контакте с графитом АГ-1500. Начальная часть зависимости характерна для трения графита (трение одноименных образцов или по другим материалам в случае переноса графита на сопряженную поверхность). Небольшое повышение коэффициента трения в интервале температур от 900 до 1000° С, вероятно, вызвано полиморфным превращением железа. Далее при 1150° С наблюдается резкое падение коэффициента трения до значений, характерных для граничной или даже полужидкостной смазки (0,04—0,05). Длительных испытаний в условиях эвтектического плавления не проводили во избежание попадания жидкой эвтектики в измерительную систему. Различают закалку с полиморфным превращением (на мартенсит) и закалку без полиморфного превращения (на твердый раствор, например, аустенит). С полиморфным превращением вещества, на основе которого образуется твердый раствор, всегда связано и превращение самого твердого раствора. На рис. 3.1,к,л приведены диаграммы состояния с наиболее часто встречающимися вариантами такого превращения При эвтекто-идном превращении (рис. 3.1,к) температура трехфазного равновесия (эвтектоидная точка Е', где твердые растворы а и (3, образующиеся на основе двух модификаций компонента А, взаимодействуют с твердым раствором у, на основе компонента В) расположена ниже температуры (Тп) - полиморфного превращения, а область гомогенного твердого раствора на основе Полиморфное превращение протекает в том случае, если при данной температуре может существовать металл с иной кристаллической решеткой и меньшим уровнем свободной энергии. низкотемпературной модификации ((3) более узкая, чем на основе высокотемпературной модификации (а); при перитектоидном превращении- наоборот.Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным изменением свойств металлов или сплавов: удельного объема, теплоемкости, теплопроводности, электропроводности, магнитных свойств механическиххимических свойств и т. д.

28.Хромоникелевые нержавеющие стали в зависимости от структуры подразделяются на аустенитные, аустенито-мартенситные и аустенито-ферритные. Структура этих сталей зависит от содержания углерода, хрома, никеля и других элементов. Такие стали используются в машиностроении, химической промышленности, пищевой промышленности, ракетостроении, судостроении, медицине и авиации. Ниже приводится описание свойств наиболее популярных импортных хромоникелевых сталей (химический состав каждой стали можно посмотреть в таблице, которая также приведена на нашем сайте). Сталь AISI 304. Базовая аустенитная нержавеющая сталь (аналог 08Х18Н9). Превосходные показатели по свариваемости. При длительном использовании при температуре от 450 до 850 градусов Цельсия в стали может развиваться процесс МКК. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности Сталь AISI 304 L. Полный аналог стали AISI 304, но содержание углерода менее 0,03%, что гарантирует минимальную склонность к МКК даже при температуре 450-850 градусов Цельсия. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности. Сталь AISI 321. Аналог стали 08Х18Н10Т. При достаточно высоком содержании углерода для защиты от МКК применяется легирование титаном. Возможно длительное использование при температура 700-800 градусов Цельсия. Данная сталь активно применяется в машиностроении и нефтехимии. Сталь AISI 316. Данная сталь содержит 2-3% молибдена, что обеспечивает прекрасную устойчивость против коррозии в агрессивных средах. При критических температурах (порядка 800 градусов Цельсия) возникает опасность МКК. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности. Сталь AISI 316 L. Аналог стали AISI 316, но с содержанием углерода менее 0,03%, что обеспечивает защиту от МКК даже в диапазоне критических температур. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности. Сталь AISI 316 Ti. Аналог стали AISI 316, но с добавлением титана, что обеспечивает защиту от МКК даже в диапазоне критических температур 800-850 градусов Цельсия. Данная сталь активно применяется в машиностроении и нефтехимии.

29.Роль дислокаций в процессе деформации

ПерсТ всегда уделял внимание различным аспектам проблемы пластичности материалов. В наше время, когда исследовательская мысль проникает в глубины Вселенной и в мир элементарных частиц, такое, казалось бы, «обыденное» свойство кристалла как пластичность не представляется особенно интригующим. А между тем, тема эта хранит немало загадок и сюрпризов. Несмотря на древнюю историю вопроса (собственно, обтесывая камень для топора, наш далекий предок начал первые эксперименты по механической обработке твердого тела) и активное технологическое применение процессов деформации, наука относительно недавно начала понимать физику этих процессов. Так, существование и основополагающая роль дислокаций, линейных протяженных дефектов кристаллической решетки, в пластической деформации были доказаны и признаны научным сообществом «лишь» около полувека назад. Табл. 1 [1] кратко представляет историю развития знаний о природе пластической деформации. Дислокация [2], посредством перемещения которой в основном осуществляется пластическая деформация кристалла, является уникальным по своим свойствам объектом. Она имеет макроскопические размеры по одному измерению и микроскопические (порядка параметра решетки) по двум остальным. При этом она может обладать механическим аналогом заряда (вектор Бюргерса), изгибаться, сворачиваться в спираль, замыкаться в петлю, соединяться с другой дислокацией и формировать объемные сетки (топологически аналогичны ей разве что квантовые магнитные вихри или гипотетические суперструны, но ни те, ни другие не образуют объемных структур.) При этом детальное изучение свойств индивидуальной дислокации не дало ключа к адекватному описанию поведения системы в целом, поскольку из-за существенного взаимодействия всех компонентов для дислокационной системы в общем случае не работает «одночастичное» приближение. Самоорганизация в ансамбле дефектов может приводить к достаточно сложному поведению системы на разных масштабных уровнях. Долго казалось, что состояние и поведение такой «тонкой» подсистемы кристалла, как электронная, не может влиять на «грубый» процесс пластической деформации. Открытия фотопластического эффекта [3], увлечения электронов проводимости движущимися дислокациями [4] и других эффектов взаимодействия электронов с дислокациями доказало тесное взаимовлияние этих подсистем. Открытие ряда магнитопластических эффектов в различных типах немагнитных кристаллов [5], а затем экспериментально доказанное участие в них спинов [1,6,7] и вовсе выводит описание процесса пластической деформации на уровень квантовой механики. Пластически деформируемый кристалл можно в какой-то мере уподобить химическому реактору, содержащему множество взаимодействующих компонентов, вклады которых в общее поведение системы очень трудно, а иногда и невозможно, вычленить. Так, помимо дислокаций в процессе участвуют точечные дефекты различных типов – вакансии и примесные атомы замещения или внедрения, которые могут также объединяться в кластеры и неразрывные примесно-вакансионные диполи; двух- и трехмерные дефекты: дефекты упаковки (stack fault), двойники, границы зерен и блоков, преципитаты. Все они могут так или иначе участвовать в процессе пластической деформации. И химическая аналогия здесь вовсе не натянута: пластическая деформация всегда сопровождается разрывом связей между атомами кристалла и образованием новых. Поэтому термины и понятия, развитые в химии, в частности спиновой, в наше время находят все более широкое применение в физике пластичности. Несомненно, физика пластичности таит еще немало неизведанного и удивительного.

30.Неравновесная крисстализация из твердого раствора

Данным методом могут быть получены в качестве прекурсоров как твердые растворы, так и механические смеси различных соединений (солей, гидроксидов и пр.).К группе данных методов относятся

1.Соосаждение малорастворимых соединений.

2.Метод замены растворителя.

3.Распылительная сушка.

4.Упаривание с термическим разложением солей.

5.Криохимическая кристаллизация.

Метод заключается в том, что к твердой смеси солей добавляют небольшое количество воды и нагревают при перемешивании. Вначале (60-70оС) соли расплавляются в кристаллизационной и добавленной воде, при 100-120оС происходит кипение с удалением растворителя и обычно в интервале до 300оС происходит затвердевание смеси. Дальнейшее разложение солей с взаимодействием между собой возникающих оксидов происходит при 950-1100оС. Тут существуют в принципе те же самые, что и в предыдущих методах проблемы. Необходимо принятие мер для обеспечения гомогенности химического состава порошков. Кроме того имеются довольно серьезные требования по коррозионной стойкости материалов реакторов, в которых осуществляется обработка смесей, из-за наличия очень агрессивных расплавов.

Рассмотренные выше методы неравновесной кристаллизации не позволяют достичь высокой степени пересыщения растворов. Они лимитируются относительно медленными диффузионными процессами: при соосаждении лимитирующей общий процесс является взаимная диффузия ионов, образующих сложный оксид и осадителя; при замене растворителя - диффузия молекул первичного растворителя и высаливающего агента; при

распылительной сушке - диффузия молекул растворителя с поверхности микрообъектов; при упаривании солей - диффузия растворителя и возникающих газов во внешнюю среду. Методом, позволяющим получить высокие степени пересыщения и первично высокогомогенные смеси является криохимический. Лимитирующей стадией выступает здесь отвод тепла от распыляемых микрокапель. Однако, следует все же учесть, что проведение дальнейшей термообработки может привести к нарушению гомогенности за счет различной способности компонентов к рекристаллизации.

31.Превращение аустенита при непрерывном охлаждении

Влияние непрерывного охлаждения на превращение аустенита можно проследить путем наложения кривых охлаждения на диаграмму изотермического распада аустенита (рис. 8.12). Из рассмотрения этих зависимостей видно, что с повышением скорости охлаждения понижается степень переохлаждения аустенита и соответственно тем дисперснее образуется феррито-цементитная структура.Можно считать, что при небольшой скорости охлаждения v1 образуется перлитная структура, при бльшей скорости v2 — сорбитная структура и при еще большей скорости — трооститная структура. Бейнитная структура при непрерывном охлаждении углеродистой стали обычно не образуется. При очень высоких скоростях (v4, vR, v5) часть аустенита или весь аустенит переохлаждается до точки Мн и превращается либо частично (при v4), либо полностью в мартенсит. Минимальную скорость охлаждения, при которой весь переохлажденный до Мн аустенит превращается в мартенсит, называют критической скоростью охлаждения (закалки) (vR).Критическая скорость закалки зависит от устойчивости аустенита и определяется составом стали. Чем больше становится устойчивость аустенита в результате легирования стали (чем больше сдвигаются вправо С-образные кривые), тем меньше требуется критическая скорость закалки для получения чисто мартенситной структуры.Углеродистые стали имеют высокую критическую скорость закалки (800–200 °С/с). Наименьшей критической скоростью обладает эвтектоидная сталь. При введении в сталь 1 % С, 1 % Сr критическая скорость закалки уменьшается в 3 раза, а при введении 0,4 % Mo критическая скорость закалки снижается с 200 до 50 °С/с. Очень сильно снижают критическую скорость закалки марганец, никель. Кобальт — единственный легирующий элемент, понижающий устойчивость аустенита и соответственно повышающий критическую скорость закалки. У многих легированных сталей критическая скорость закалки не превышает 20 °С/с.Чем крупнее зерно аустенита и чем больше его однородность, тем выше устойчивость переохлажденного аустенита и соответственно меньше критическая скорость закалки.

Рис. 8.12. Наложение кривых охлаждения на диаграмму изотермического распада аустенита

32.Шарикоподшипниковые стали

Шарикоподшипниковые стали по назначению относят к конструкционным, но по химическому составу они попадают в область инструментальных сталей и находятся как бы на границе. Основные требования определяются назначением:1. Высокая статическая грузоподъемность, т.е. способность выдерживать высокую нагрузку с минимальной деформацией (ε < 0,01%).

2. Высокая контактная усталостная прочность. Зависит, прежде всего, от наличия в стали неметаллических включений. Они, обладая высокой хрупкостью, разрушаются и дают начало для появления усталостной трещины, поэтому, для повышения стойкости стали против контактной усталости, применяют дополнительную очистку стали от вредных примесей.

  3. Высокая твердость 4. Высокая износостойкость. Эти два требования зависят от содержания карбидов в стали. Наличие карбидов хрома влияет на твердость и износостойкость.5. Сквозная прокаливаемость. Глубина прокаленного слоя – 95% мартенсита. Для повышения прокаливаемости вводят Cr, Mn, Si. Si затрудняет распад мартенсита при отпуске. Это дополнительно сохраняет твердость.Для обеспечения этих требований шарикоподшипниковые стали содержат С 0,95-1,15%, Cr 0,6-2%, Mn 1%, Si 1%.Маркировка: Первая буква Ш показывает, что это шарикоподшипниковые стали, Х – хром в десятых долях процента: ШХ6 – 0,6% Cr, ШХ15 – 1,5% Cr, ШХ20 – 2% Cr.Для подшипников сталь выбирают по прокаливаемости:ШХ6 – до 5-6 мм.ШХ9 – 10-15 мм.ШХ15 – до 30 мм.ШХ15СГ – свыше 30 мм.Термообработка: закалка 840-860º С (маленькие шарики охлаждают в масле, большие – в воде), отпуск 180-200º С.После термообработки структура – отпущенный мелкоигольчатый мартенсит с равномерно распределенными мелкими карбидами Cr. Браком является карбидная неоднородность, т.е. грубое выделение карбидов по границам зерен, а так же карбидная полосчатость структуры.Рабочий интервал температур: от –40º С до +200º С.

8Х4В9Ф2Ш – от 200º С до 600º С.

33.Мартенситное превращение

Если аустенит переохладить до таких температур, когда γ-решётка несмотря на наличие растворённого в ней углерода, неустойчива, но скорость диффузии в ней углерода вследствие низких температур так мала, что с ней можно не считаться, то происходит перестройка решётки без выделения углерода: Feγ(C)→Feα(C). При аустенитно-мартенситном превращении происходит только перестройка решётки без изменения концентрации реагирующих фаз. Превращение является бездиффузионным. Мартенсит в стали есть пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе с такой же концентрацией, как и у исходного аустенита. Так как растворимость углерода в α-фазе равна лишь 0,01%, то мартенсит является пересыщенным твёрдым раствором. Две характерные особенности отличают мартенситное превращение от других фазовых превращений: бездиффузионность [состав фаз - исходной (аустенита) и конечной (мартенсита), одинаков; при превращении происходит лишь перестройка решётки]; ориентированность (новая фаза - мартенсит - закономерно ориентирована относительно старой - аустенита); сдвиговый характер превращения приводит к образованию на поверхности рельефа. Превращение, удовлетворяющее обоим этим условиям, относится к классу превращений, именуемому мартенситным. Мартенситное превращение обнаружено у многих металлов и сплавов, рассмотрим лишь мартенситное превращение в стали. Мартенситное превращение в стали, обладая двумя указанными характерными особенностями, в свою очередь имеет специфические черты, которых нет в мартенситном превращении других сплавов. Мартенситное превращение в сталях необратимо, т.е. протекая в направлении Feγ(C)→Feα(C), оно не происходит в обратном направлении по той же бездиффузионной кинетике. Кроме того, кристалл мартенсита в стали, независимо от температуры, образуется за чрезвычайно короткий отрезок времени, практически мгновенно... Согласно мартенситной кривой при охлаждении превращение начинается в точке Мн - эта температура определяет температуру начала превращения аустенита в мартенсит в данной стали. Углерод интенсивно снижает температуру начала и конца мартенситного превращения. При содержании углерода свыше 0,5% часть мартенситного превращения распространяется на область отрицательных температур, т.е. при непрерывном охлаждении мартенситное превращение в сталях с C>0,5% не заканчивается по достижении комнатной температуры. Некоторые легирующие элементы снижают точку мартенситного превращения, поэтому в некоторых легированных сталях, содержащих достаточное количество углерода и легирующих элементов, точка Мн расположена ниже 0°C и закалкой можно получить чистую аустенитную структуру. Из этого следует, что темпераутра образования мартенсита зависит в основном от состава стали. Температура превращения аустенита в мартенсит не зависит от скорости охлаждения. Однако если скорость охлаждения не влияет на положение мартенситной точки, то она влияет на протекание мартенситного превращения. Различают атермический мартенсит, образовавшийся при охлаждении, и изотермический мартенсит, образующийся при постоянной температуре.

34.Бейнитное превращение

Бейнитное превращение переохлажденного аустенита происходит в температурном интервале, расположенном ниже перлитного, но выше мартенситного интервала, поэтому его часто называют промежуточным. Превращение имеет черты перлитного и мартенситного превращения (поэтому бейнитное превращение не следует относить к основным видам). Выделение карбидов, которые наблюдаются в структуре стали, претерпевшей бейнитное превращение, происходит уже после 7-^а-превращения, а это показывает, что расслоение по углероду не приводит к полному обеднению отдельных участков аустенита. Дальнейший нагрев выше 200°С приведет к иному превращению, вызывающему расширение стали. Это так называемое второе превращение при отпуске захватывает интервал температур 200—300°С. В этом интервале остаточный аустенит превращается в гетерогенную смесь, состоящую из пересыщенного а-раствора и карбида. Другими словами, при этом превращении остаточный аустенит превращается в отпущенный мартенсит. Это превращение диффузионное и по своей природе похоже на бейнитное превращение первичного аустенита. Бейнитное превращение не сопровождается перераспределением легирующих элементов, происходит перераспределение только углерода, поэтому влияние легирующих элементов на скорость бейнитного превращения невелико (а если и проявляется, то в сторону ускорения превращения, хотя и не всегда).

35.Отжиг второго рода

Отжиг второго рода заключается в нагреве детали до температуры выше температуры фазовых перевоплощений, длительной выдержке и следующем медленном охлаждении с данной скоростью Он применяется для снятия остаточных напряжений, улучшения обрабатываемости резанием и пластичности, устранения структурной неоднородности и для подготовки к следующей термической обработке остальных видов.При всех видах отжига не допускаются перегрев и пережог стали. Перегрев стали —брак исправимый образовавшуюся крупнозернистую структуру можно поменять повторным отжигом. Пережог стали—брак неисправимый, так как сильно окисленные границы кристаллических зернышек теряют связь и сплав начинает разрушаться.Процесс нормализации (разновидность отжигов) заключается в нагреве стали выше температуры начала фазовых перевоплощений (на 30—50 °С), выдержке при данной,данной нам,данной для нас температуре и охлаждении на умеренном воздухе Нормализация применяется для получения мелкозернистой структуры, увеличения прочности и вязкости, а также однородности структуры и улучшения обрабатываемости стали (в частности, при токарной и фрезерной обработке).Закалка осуществляется методом нагрева детали выше температуры фазовых перевоплощений, выдержки при данной,данной нам,данной для нас температуре и скорого (в этом принципиальное отличие от режимов отжига) остывания. Основная цель закалки стали (в частности, инструментальной)—получение высочайшей прочности, твердости, износостойкости и остальных свойств.Способность стали закаливаться на определенную глубину именуется прокаливаемостью.При охлаждении в процессе закалки появляются остаточные напряжения — структурные и термические Их уровень понижается при правильном погружении деталей в закалочную среду.Отпуск является завершающей операцией термической обработки, формирующей структуру, а следовательно, и характеристики стали. Отпуск заключается в нагреве стали до разных температур (высочайший, средний, маленький), выдержке при данной,данной нам,данной для нас температуре и охлаждении с различными скоростями. Цель отпуска — снятие остаточных напряжений, возникающих при стремительном охлаждении в закалочных ваннах, и получение нужной структуры.В индустрии при разных видах термической обработки используют различные методы нагрева в печах, в индукционных нагревателях токами высочайшей частоты.

36.Деформация поликристаллов. Влияние степени деформации на свойства. Все технические металлы представляют собой поликристаллические тела. Кристаллы, составляющие стальной литой образец, своими атомными решетками ориентированы в пространстве беспорядочно. Величины отдельных кристаллов весьма разнообразны. В силу того, что элементы, входящие в состав стали, находятся в ней либо в состоянии твердого раствора, либо образуют химические соединения, — кристаллографическая решетка основной массы железа оказывается искаженной. Между атомами железа в пространственной решетке кристалла встречаются атомы растворенного в нем элемента. Такое состояние приводит к напряжениям в атомной решетке. Наконец, встречаются кристаллы химических соединений, например кристаллы различных карбидов. Границы отдельных групп кристаллов, в силу образования их в условиях действия избирательного затвердевания и протекания ликвационных процессов окажутся покрытыми более или менее значительными по толщине пленками ликватов, иногда неметаллических. Такое вещество, выделенное в специальных условиях растворения металлической массы стального образца, наблюдали отдельные исследователи в виде прозрачной ячеистой сетки. Вещество, отлагающееся по границам отдельных кристаллов при образовании их из жидкой фазы, принято, называть межклеточным или междузеренным веществом. Свойства, состав и структура межклеточного вещества в стали не изучены. Мы не располагаем сведениями о том, как относится это вещество к изменению температуры: растворяют ли его контактирующие кристаллы с повышением температуры;- идет ли выпадение этого вещества из раствора в кристаллах с изменением температуры. Поэтому категорическое утверждение отдельных авторов, что прочность межклеточного вещества в случае превышения ее над прочностью кристаллов обеспечивает протекание пластической деформации поликристалла без разрушения, неосновательно.Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла: наклепТекстура деформации создает кристаллическую анизотропию, при которой наибольшая разница свойств проявляется для направлений, расположенных под углом 45o друг к другу. С увеличением степени деформации характеристики пластичности (относительное удлинение, относительное сужение) и вязкости (ударная вязкость) уменьшаются, а прочностные характеристики (предел упругости, предел текучести, предел прочности) и твердость увеличиваются (рис. 8.2). Также повышается электросопротивление, снижаются сопротивление коррозии, теплопроводность, магнитная проницаемость.

Рис.8.2. Влияние холодной пластической деформации на механические свойства металла

Совокупность явлений, связанных с изменением механических, физических и других свойств металлов в процессе пластической деформации называют деформационным упрочнением или наклепом.Упрочнение при наклепе объясняется возрастанием на несколько порядков плотности дислокаций:Их свободное перемещение затрудняется взаимным влиянием, также торможением дислокаций в связи с измельчением блоков и зерен, искажениями решетки металлов, возникновением напряжений.

37.ВТМО.

Сущность высокотемпературной термомеханической обработки содержится в нагреве стали до температуры аустенитного состояния .Однако, при данной температуре исполняют деструкцию стали, что и окончательно приводит к наклепу аустенита. Во всяком случае сталь с этим состоянием аустенита подвергают закалке (набросок, позиция а).Поверхностная закалка стали. Быть может закалка ТВЧ. Наконец, закалка стали ТВЧ. Кажется, установка для закалки ТВЧ. Надеюсь закалка токами высочайшей частоты.Закалка стали. Таким образом, закалка сплава. Так вот, виды закалки. Кстати, температура закалки. Пожалуй, закаливаемость. Вероятно, прокаливаемость. Говорят, налицо критический поперечник.Высокотемпературная термомеханическая обработка почти что ликвидирует становление отпускной хрупкости в опасном промежутке температур, ослабляет необратимую отпускную хрупкость и быстро увеличивает совсем ударную вязкость при к-тной тмп-ре. В конце концов, глубоко понижается температурный порог хладоломкости. В общем высокотемпературная термомеханическая обработка увеличивает противодействие непрочному разрушению , сокращает чувствительность к трещинообразованию при термической обработке.

а – высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО); б – низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО)

Высокотемпературную термомеханическую обработку отлично принимать на вооружение для углеродистых, легированных, конструкционных, пружинных и в целом инструментальных сталей. Наверно, поистине последующий отпуск при температуре сто…200 o С ведется для сбережения больших значений стабильности.

38. НТМО

Низкотемпературная термомеханическая обработка (аусформинг) . К счастью, сталь нагревают до аустенитного состояния. В самом деле затем сильно выдерживают при высочайшей температуре, создают остывание до температуры, повыше температуры начала мартенситного перевоплощения (четыресто…600 o С), хотя ниже температуры рекристаллизации, и при данной температуре воплотят в жизнь обработку давлением и закалку (набросок, позиция б)Низкотемпературная термомеханическая обработка, хоть и выдает наиболее высочайшее упрочнение, хотя не сокращает предрасположенности стали к отпускной хрупкости . Видимо кроме того, потребовала больших ступеней деструкции (75…95 %), потому потребуется сильное оборудование.Низкотемпературную термомеханическую обработку могут использовать к среднеуглеродистым легированным сталям, закаливаемым на мартенсит, которые имеют вторичную устойчивость аустенита.Повышение стабильности при термомеханической обработке поясняют тем, что в следствии деструкции аустенита случается деление его зернышек (блоков). Действительно размеры блоков сокращаются в 2 – 4 раза сравнивая с обыкновенной закалкой . По-видимому также повышается плотность дислокаций. Более того при следующей закалке такового аустенита стремительно возникнут наиболее очень-то небольшие пластинки мартенсита , глубоко снижаются напряжения.

39.Дисперсно-упрочнённые жаропрочные материалы (САП, Ni – ThO2) (Th – торий)

Дисперсноупрочнённые материалы,металлы или сплавы, упрочнённые дисперсными частицами тугоплавких соединений, главным образом окислов, не растворяющихся и не коагулирующих в матрице (основе) сплава при высоких рабочих температурах. Д. м. отличаются от широко используемых в технике дисперсионно-твердеющих сплавов (см. ) структурой, составом, методами изготовления, а также более высокой структурной и термической стабильностью, проявляющейся в сохранении длительной прочности Д. м. при высоких температурах. В распространённых жаропрочных дисперсионно-твердеющих никелевых сплавах наибольшее влияние на повышение оказывают интерметаллидные упрочнители (Ni3Al, Ni3Ti). Однако при температурах выше 1000—1100°С последние растворяются и коагулируют в основе сплава, что приводит к его разупрочнению. Повышенная жаропрочность Д. м. на никелевой основе достигается введением в никель 2—5% тугоплавких кислородных соединений (ThO2, HfO2, Y2O3). Оптимальная дислокационная структура матрицы формируется при строгом соблюдении дисперсности частиц (100—600 А), расстояния между ними (0,5—0,8 мкм), а также в результате применения термомеханических режимов обработки — холодной деформации и высокотемпературного отжига. Изделия из Д. м. получают, как правило, в три стадии: подготовка исходных порошков главным образом путём совместного химического осаждения основы и упрочнителя из водных растворов их солей, формование заготовок и обработка их давлением — экструзией, волочением, прокаткой и т.д. Применение дисперсного упрочнения позволяет повысить жаропрочность и расширить температурные области использования практически всех металлов и сплавов на основе меди, никеля, кобальта, железа, циркония, титана, молибдена и др.

40.Термопластичные пластмассы.

Изделия из пластмасс получают прессованием, литьем под давлением, штамповкой листовых пластмасс и иными методами. Прессование — более обширно всераспространенный метод получения изделия из термореактивных пластмасс в пресс-формах, предварительно нагретых до 130—150 °С. В качестве основного оборудования для прессования употребляют гидравлические и механические прессы.Пластмассы просто поддаются обработке на металлорежущих станках инвентарем из быстрорежущих сталей либо жестких сплавов. Индивидуальности обработки пластмасс обоснованы их специфичными параметровами и требуют выбора определенных режимов резания. В ряде случаев рабочая поверхность режущего материала в процессе резания обволакивается смолами, что затрудняет отвод стружки и усугубляет качество поверхностиАбразивные материалы. Из абразивных материалов делаются абразивные (шлифующие) инструменты — круги, ленты, шкурки, пасты. Микрорезцы (зерна) этого инструмента представляют собой частички окиси алюминия, карбида кремния, синтетических либо природных алмазов, удерживаемых связками на базе фенолформальдегидных смол либо металлическими—на базе меди, олова, железа, алюминия и др.Зерна владеют высочайшей твердостью, износостойкостью и теплоемкостью. Это дозволяет обрабатывать твердые материалы, в том числе закаленные стали, металло- и минералокерамические твердые сплавы. Абразивные зерна срезают чрезвычайно тонкие стружки с большой скоростью, что дает возможность получить высшую точность, не плохое качество обработки поверхности и пр.В маркировку абразивного инструмента входят обозначения абразивного материала, связки, зернистости, твердости.В крайнее время огромное применение для заточки и доводки твердосплавленных резцов получил инструмент из естественных и синтетических алмазов, имеющий высочайшие твердость, износостойкость, теплопроводимость и маленький коэффициент трения.Пластма́ссы - органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.Название «пластмассы» означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять после охлаждения или отвердения заданную форму. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное. В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на термопласты и реактопласты.Различают термопластичные (полиэтилен, полистирол, капрон и др.) и термореактивные (карболиты, феноло-формальдегидные и эпоксидные смолы) пластмассы. Термопластичные пластмассы при нагревании размягчаются, а при охлаждении вновь затвердевают без изменения своей химической структуры. Термореактивные пластмассы при нагревании плавятся, а при охлаждении и затвердевании переходят в необратимое состояние в результате глубоких химических превращений.Термопластичные и термореактивные пластмассы имеют общие особенности в технологии производства и в оценке их пожарной опасности. Чтобы понять эти особенности, остановимся, например, на производстве полиэтилена.Получают полиэтилен полимеризацией газообразного этилена.Полимеризацию этилена в промышленных условиях осуществляют двумя методами: методом высокого давления (до 200 МПа и более) в присутствии инициатора — кислорода и методом низкого давления (до 0,3 МПа) в присутствии металлоорганических катализаторов.Производство полиэтилена методом высокого давления. Для осуществления в промышленных условиях этого метода в реакторе поддерживают давление до 200 МПа (2000 ат) и более, температуру около 200 °С и подают инициатор.

41.Рессорные стали

Работа пружин, рессор хар-ся тем что в них используются только упругие свойства стали. Большая суммарная величина упругой деформации пружины(рессры) определяется её конструкцией-числом и диаметром витков,длиной пружины. Возникновение пластической деформации в пружинах не допускается,то от материала подобных изделий не трубуется высокой ударной вязкости и пластичности.главное чтоб сталь имела высокий предел упругости(текучести)-это достигается закалкой с последующим отпуском при температуре 300-400С.Пружины,рессоры изготавливают из конструкционных деталей с повышенным содержанием углерода(но ниже чем у инструментальных сталей) 0.5-0.7% С и часто с добавками марганца и кремния.Термич обработка пружин и рессор из легированных сталей заключается в закалке от 800-850С в масле и в воде с последующим отпуском при 400-500 на твердость 35-45 HRC.что соответсву 1300-1600МПа.Часто пружины изготавливают из шлифованной холоднотянутой проволоки(серебрянки).Наклеп от холодной протяжки создает высокую твердость и упругость.После навивки пружину следует отпустить при 250-350С для снятия внутренних напряжений, что повысит предел упругости.Для изготолвения серебрянки применяют обычн углерод стали У7,У8,У9,У10.На качество и работоспособность пружины большое влияние оказывает состояние поверхности.При наличии трещин,плен и других поверхностных дефектов пружины оказываются нестойкими в работе и разрушаются,вследствие развития усталостных явлений в местах концентрации напряжений вокруг этих дефектов.Значительно улучшить стойкость пружин,рессор можно в результате поверхностного наклепа(достигается обдувкой).Возникающие при нем слой напряжения сжатия повышают предел выносливости(усталости) детали и уменьшают вредное воздействие возможных дефектов поверхности.Подобное упрочнение в настоящ время осуществляется не только на пружинах но и для других деталях,испытывающих в работе знакоперменные нагрузки.

42.Жаропрочные сплавы на основе алюминия Все сплавы алюминия можно разделить на две группы: — предназначены для получения полуфабрикатов (листов, плит, прутков, профилей, труб и т. д.), а также поковок и штамповых заготовок путем прокатки, прессования, ковки и штамповки. а) Упрочняемые термической обработкой:-Дуралюмины, «» (Д1, Д16, Д20*, сплавы алюминия меди и марганца [Al-Cu-Mg]) — удовлетворительно обрабатываются резанием в закаленном и состаренном состояниях, но плохо в отожженном состоянии. Дуралюмины хорошо свариваются точечной сваркой и не свариваются сваркой плавлением вследствие склонности к образованию трещин. Из сплава Д16 изготовляют обшивки, шпангоуты, стрингера и лонжероны самолетов, силовые каркасы, строительные конструкции, кузова автомобилей.-Сплав авиаль (АВ) удовлетворительно обрабатывается резанием после закалки и старения, хорошо сваривается аргонодуговой и контактной сваркой. Из этого сплава изготовляются различные полуфабрикаты (листы, профили, трубы и т.д.), используемые для элементов конструкций, несущих умеренные нагрузки, кроме того, лопасти винтов вертолетов, кованные детали двигателей, рамы, двери, для которых требуется высокая пластичность в холодном и горячем состоянии.-Высокопрочный сплав (В95) имеет предел прочности 560-600 Н/мм2, хорошо обрабатывается резанием и сваривается точечной сваркой. Сплав применяется в самолетостроении для нагруженных конструкций (обшивки, стрингеры, шпангоуты, лонжероны) и для силовых каркасов в строительных сооружениях.-Сплавы для ковки и штамповки (АК6, АК8, АК4-1 [жаропрочный]). Сплавы этого типа отличаются высокой пластичностью и удовлетворительными литейными свойствами, позволяющими получить качественные слитки. Алюминиевые сплавы этой группы хорошо обрабатываются резанием и удовлетворительно свариваются контактной и аргонодуговой сваркой. б) Не упрочняемые термической обработкой:-Сплавы алюминия с марганцем (АМц) и алюминия с магнием (АМг2, АМг3, АМг5, АМг6) легко обрабатываются давлением (штамповка, гибка), хорошо свариваются и обладают хорошей коррозионной стойкостью. Обработка резанием затруднена, поэтому для получения резьбы используют специальные бесстружечные метчики (раскатники), не имеющие режущих кромок.  — предназначенные для фасонного литья (как правило, хорошо обрабатываются резанием).--Сплавы алюминия с кремнием (силумины) Al-Si (АЛ2, АЛ4, АЛ9) отличаются высокими литейными свойствами, а отливки — большой плотностью. Силумины сравнительно легко обрабатываются резанием.--Сплавы алюминия с медью Al-Cu (АЛ7, АЛ19) после термической обработки имеют высокие механические свойства при нормальной и повышенных температурах и хорошо обрабатываются резанием.--Сплавы алюминия с магнием Al-Mg (АЛ8, АЛ27) имеют хорошую коррозионную стойкость, повышенные механические свойства и хорошо обрабатываются резанием. Сплавы применяют в судостроении и авиации.--Жаропрочные алюминиевые сплавы (АЛ1, АЛ21, АЛ33) хорошо обрабатываются резанием.С точки зрения обработки фрезерованием, нарезания резьбы и токарной обработки, алюминиевые сплавы также можно разделить на две группы. В зависимости от состояния (закаленные, состаренные, отожженные) алюминиевые сплавы могут относиться к разным группам по легкости обработки:, которые достаточно просто обрабатываются резанием (во многих случаях, где не требуется повышенная производительность, эти материалы могут обрабатываться стандартным инструментом общего применения, но если требуется повысить скорость и качество обработки, необходимо применять специализированный инструмент): а) Закаленные и искусственно состаренные: Д16Т, Д16Н, АВТ. б) Ковочные: АК6, АК8, АК4-1. в) Литейные: АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ8, АЛ27, АЛ1, АЛ21, АЛ33.

43.Сплавы на основе никеля

В 1950-х годах компаниями Pratt & Whitney и General Electric были разработаны сплавы Уаспалой (Waspaloy) и M-252, легированные молибденом и предназначенные для лопаток авиационных двигателей. Затем были разработаны такие сплавы, как Hastelloy alloy X,Rene 41, Инконель, в том числе Inco 718, Incoloy 901 и др.

Согласно оценкам экспертов, за период 1950-1980-х годов химические составы никелевых жаропрочных сплавов изменялись наиболее значительно за счет введения алюминия и замещающих его элементов в ' фазе. Указанное привело к увеличению объемной доли ' фазы от 25-35 об.% в сплавах нимоник 80 и U-700 до 65-70 об.% в современных лопаточных материалах[5].

Легирование

Жаропрочные сплавы на основе никеля, как правило, обладают сложным химсоставом. Он включает 12 — 13 компонентов, тщательно сбалансированных для получения необходимых свойств. Содержание таких примесей, как кремний (Si), фосфор (P), сера (S), кислород(O) и азот (N) также контролируется. Содержание таких элементов, как селен (Se), теллур (Te), свинец (Pb) и висмут (Bi) должно быть ничтожно малым, что обеспечивается подбором шихтовых материалов с низким содержанием этих элементов, т.к. избавиться от них в ходе плавки не представляется возможным. Эти сплавы обычно содержат 10—12 % хрома (Cr), до 8 % алюминия (Al) и титана (Ti), 5-10 % кобальта (Co), а также небольшие количества бора (B), циркония (Zr) и углерода (C). Иногда добавляются молибден (Mo),вольфрам (W), ниобий (Nb), тантал (Ta) и гафний (Hf).

Легирующие элементы в этих сплавах можно сгруппировать следующим образом:

1. Элементы, образующие с Ni аустенитную -матрицу с гранецентрированной кристаллической решёткой — Co, Fe, Cr, Mo и W

2. Элементы, образующие упрочняющую' фазу (Ni3X) — Al, Ti, Nb, Ta, Hf. При этом Ti, Nb и Ta входят в состав фазы и упрочняют её.

3. Элементы, образующие сегрегации по границам зёрен — B, C и Zr

К карбидообразующим элементам относятся Cr, Mo, W, Nb, Ta и Ti. Al и Cr образуют оксидные плёнки, защищающие изделия от коррозии.

К основным фазам жаропрочных сплавов относятся:

1. Гамма-фаза () является матрицей с г.ц.к. кристаллической решёткой. В твёрдом растворе этой фазы содержится большое количество Co, Cr, Mo, W

2. Гамма-штрих (') фаза образует частицы преципитата, имеющего также г.ц.к. кристаллическую решётку. В эту фазу входят такие элементы, как Al и Ti. Объёмная доля этой фазы, когерентной аустенитной матрице достаточно велика

3. Карбиды. Содержание углерода в сплавах относительно невелико (0,05-0,2 %). Он соединяется с карбидообразующими элементами — Ti, Ta, Hf

4. Зернограничная '-фаза. Эта фаза образуется в виде плёнки по границам зёрен в процессе термической обработки.

5. Бориды Выделяются по границам зёрен в виде редких частиц

6. Фазы т. п. у. (топологически плотно упакованные фазы) имеют пластинчатую морфологию. Пример: фазы ,  и фаза Лавеса. Эти фазы приводят к охрупчиванию материала и являются нежелательными.

Термическая обработка

Деформируемые никелевые жаропрочные сплавы содержат в матрице дисперсные выделения карбидов типа MC. Гомогенизационный отжиг даёт возможность подготовить матрицу к получению равномерного распределения частиц упрочняющей фазы ' в процессе последующего старения. Для примера, для сплава Inco 718 гомогенизационный отжиг продлится в течение 1 часа при 768 °C, а старение проводится в два этапа: 8 часов при 718 °C и 8 часов при 621 °C. После гомогенизационного отжига важно выдержать скорость охлаждения, чтобы препятствовать выделению нежелательных фаз. Охлаждение между этапами старения проводится плавно в течение 2 часов.

Жаропрочность

Одним из факторов, определяющих жаропрочность, является высокое сопротивление ползучести. Жаропрочность сплавов оценивается пределами длительной прочности или ползучести при высоких температурах, и связана, в первую очередь, с их структурой и составом. По структуре жаропрочные сплавы должны быть многофазными с прочными границами зёрен и фаз[1]. В никелевых жаропрочных сплавах сказанное обеспечивается многокомпонентным легированием. При этом жаропрочность сплавов тем выше, чем больше объёмная доля упрочняющих фаз и чем выше их термическая стабильность, то есть устойчивость против растворения и коагуляции при повышении температуры.

Длительная прочность

Никелевые жаропрочные сплавы используются при температурах 760—980 °C. Литые жаропрочные сплавы имеют высокоую длительную прочность при более высоких температурах. Например, сплав MAR-M246 имеет длительную прочность 124 МПа после 1000 часов выдержки при 982 °C.

Жаропрочные сплавы на никелево-железной основе используются при температурах 650—815 °C. Их длительная прочность намного ниже.

44.Заэвтектоидные стали.В прошлой статье мы рассмотрели эвтектоидные стали, теперь же пришла пора рассмотреть вопрос что такое заэвтектоидные стали. Стали, содержащие более 0,8% углерода, со структурой П + Цп называются .

Темные перлитные поля окружены светлой сеткой вторичного цементита, толщина которой увеличивается с повышением количества углерода в стали. При определении содержания углерода в заэвтектоидной стали следует с помощьюмикроскопа установить площади поверхностей шлифа, занятых перлитом и цементитом вторичным. Затем из соответствующих пропорций определить содержание углерода в этих структурах. Сумма полученных величин представляет собой содержание углерода в заэвтектоидной стали. Марка устанавливается по ГОСТ 1435-84.

Наряду с железом и углеродом сталь содержит другие элементы: марганец (0,1-1,1%), кремний (до 0,4%), хром (не более 0,25%) и др; а также вредные примеси: серу, фосфоре кислород, водород, азот.

В процессе кристаллизации и дальнейшего охлаждения стали в результате реакций между названными элементами образуются неметаллические включения — оксиды, сульфиды, нитриды и другие соединения простого и сложного состава. К числу неметаллических включений относятся также частички шлака и огнеупорных материалов, попавшие в жидкий расплав при плавлении, рафинировании и разливке сталей. Такие включения влияют на качестве и свойстве сталей, и потоку их присутствие контролируется.