5. Классификация легирующих элементов.

Химические элементы, содержащиеся в стали принято разделять на:

1) постоянные примеси (марганец, кремний, раскислители стали, а также сера, фосфор);

2) скрытые примеси (азот, кислород, водород);

3) случайные;

4) легирующие элементы – специально вводимые в сталь элементы для получения определенных свойств: теплостойкости, жаростойкости, коррозионной стойкости, хорошей обрабатываемостью резанием, давлением, износостойкостью.

Легирующие элементы делятся на карбидообразующие и карбидонеобразующие. Так же легирующие элементы делят по назначению в стали.

6. Влияние легирующих элементов на положение критических точек, кинетику превращений в стали.

Некарбидообразующие элементы, которые только растворяются в феррите или цементите, оказывают количественное влияние на процессы превращения - ускоряют превращение (кобальт), или замедляют его (марганец, никель, медь).

Карбидообразующие элементы вносят не только количественные, но и качественные изменения в кинетику изотермического превращения (молибден, вольфрам, хром). Изотермический распад аустенита имеет два интервала превращений - превращение пластинчатые (перлитное превращение) и превращение в игольчатые (беинйтное превращение) структуры.

Легирующие элементы главным образом влияют на положение температурного интервала мартенситного превращения. Повышают мартенситную точку и уменьшают количество остаточного аустенита - алюминий, кобальт, не влияют на нее - кремний, а остальные снижают мартенситную точку и увеличивает количество остаточного аустенита.

Все легирующие элементы уменьшают склонность аустенитного зерна к росту. Способствуют росту зерна марганец и бор. Никель, кобальт, кремний, медь (элементы, не образующие карбидов) слабо влияют на рост зерна. Хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан сильно измельчают зерно (элементы перечислены в порядке роста силы их действия).

Легирующие элементы замедляют процесс распада мартенсита. Никель и марганец, влияют не-значительно, а хром, молибден, кремний - сильно. Это связано с тем, что процессы при отпуске имеют диффузионный характер и большинство легирующих элементов замедляет карбидное превращение.

Некарбидообразующие элементы расширяют γ-область, понижая точку А₃и повышая точку А₄.

- дают открытую γ-область (никель, марганец, платина).

- образуют ограниченную γ-область (медь, азот, цинк).

Карбидообразующие повышают А3 и понижают А4. Происходит:

а) образование открытой α-области (хром, ванадий, титан, вольфрам, алюминий).

б) не образуется открытая α-область (ниобий).

7. Углеродистые и легированные стали различных классов. Конструкционные строительные, машиностроительные стали, рессорно-пружинные и подшипниковые стали. Термическая и термомеханическая обработка изделий.

Конструкционные стали деляться на группы:

1) строительные. Строительные стали, предназначены для строительства металлических конструкций и сооружений. Содержание углерода в строительных сталях составляет до 0,40%. Строительные стали бывают углеродистыми и низколегированными. В зависимости от контролируемых свойств строительные углеродистые стали подразделяют на:

Гр А – по механическим свойствам;

Гр Б – по химическому составу;

Гр В – по механическим свойствам и химическому составу. По типу разливки строительные стали получают:

- спокойные. Спокойные стали при кристаллизации в слитки образуют усадочную раковину. Эти стали раскисляют.

- кипящие. Полностью не раскисленные стали. В стали много оксида железа и при кристаллизации образуются пузыри в теле металла.

- полуспокойные. Промежуточные стали. Углеродистые стали являются качественными сталями. Углеродистые стали выплавляют обыкновенного качества и качественные. Структура такой стали: Ф+П. Углеродистые строительные стали подвергают термообработке:

- закалке в воде с прокатного нагрева;

- нормализации с прокатного нагрева.

Термообработка осуществляется путем охлаждения на установках ламинарного охлаждения и установках контролируемого охлаждения после горячего деформирования.

Углеродистые качественные и низколегированные стали подвергают:

- Закалка (для стали 40Х) нагрев до 850⁰С, охлаждение в воде и затем высокий отпуск 550⁰С. Структура стали после термообработки Со.

- Нормализация 850⁰С (для стали 40) с охлаждением на воздухе. Структура стали: Ф+П.

Автоматные стали – стали с повышенным содержанием кремния. Эти стали применяются для изготовления деталей на режущих станках в большом количестве. Кремний повышает хрупкость стружки, и он легче измельчается. Основная обработка автоматной стали – нормализация (для стали А40) 850⁰С с охлаждением на воздухе. Структура стали: Ф+П.

2) машиностроительныестали. Эти стали предназначены для изготовления деталей и узлов машин. Эти стали должны иметь высокую износостойкость, твердость в поверхностном слое и иметь мягкую сердцевину для восприятия ударных нагрузок. Основное применение таких сталей: валы, оси, шестерни. Машиностроительные стали делятся на стали улучшаемые и цементуемые.

Улучшаемые углеродистые стали подвергают закалке 840⁰С, охлаждение в воде с высоким отпуском 500⁰С охлаждение на воздухе (сталь 55). Структура стали: Со. Улучшаемые легированные стали подвергают закалке 860-880⁰С, охлаждение в воде и низкому отпуску 200-250⁰С. Структура стали: Мо. Прочность стали σ_В= 1400 МПа.

Химико-термически обрабатываемые стали подвергают:

- цементации 920-950⁰С, охлаждение на воздухе затем закалка 820-860⁰С, охлаждение в масле и низкий отпуск 180-200⁰С охлаждение на воздухе (18ХГР).

- азотированию. Закалка 930-950⁰С охлаждение в воде, высокий отпуск 640-680⁰С, охлаждение на воздухе и азотирование 520-540⁰С охлаждение с печью до 100⁰С (30Х2МЮА).

3) Рессорно-пружинные стали, предназначены для изготовления пружин, рессор. Эти стали должны иметь высокий предел упругости и выдерживать знакопеременные нагрузки. Стали содержат 0,5-0,9% углерода. Бывают углеродистыми и низколегированными. Основные легирующие элементы: кремний и марганец. Эти стали подвергают:

- нормализации 810⁰С с охлаждением на воздухе для выравнивания структуры.

- закалке 800-820⁰С, охлаждение в масле со средним отпуском 340-380⁰С, охлаждение на воздухе (65Г). Структура стали: То.

4) Подшипниковыестали. Предназначены для изготовления корпусов подшипников. Должны иметь высокую прочность, твердость, износостойкость и усталостную прочность. Стали содержат высокое количество хрома, который указывается в маркировке. Количество углерода 0,8-1%. Шарикоподшипниковые стали подвергают следующей обработке (ШХ15):

Подогрев, далее сфероидизирующий отжиг 800⁰С, охлаждение с печью до 730⁰С и далее на воздухе. Закалка изотермическая или ступенчатая 840-860⁰С, охлаждение в воде или масле, отпуск 150-170⁰С и обработка холодом. Структура стали после обработки Мо+К+А_ост. Для подшипниковых сталей важна точность размеров, поэтому аустенит нужно удалять.