- •А. Н. Минков
- •Содержание
- •1 Конструкционная прочность и пути её повышения
- •1.1 Общие положения
- •1.2 Конструкционная прочность материалов
- •1.2.1 Общие положения
- •1.2.2 Механические свойства и способы их
- •1.3 Методы повышения конструкционной
- •1.4 Железоуглеродистые сплавы - основные
- •1.4.1 Общие положения
- •1.4.2 Углеродистые стали
- •1.4.3 Чугуны
- •2 Термическая обработка
- •2.1 Общие положения термической обработки
- •2.2 Превращения при нагревании и охлаждении стали
- •2.2.1 Образование аустенита при нагревании
- •2.2.2 Превращения аустенита при охлаждении
- •2.2.3 Превращения мартенсита при нагревании
- •2.3 Виды термической обработки
- •2.3.1 Отжиг
- •2.3.2 Закалка
- •Vкрит.- критическая скорость закалки
- •2.3.3 Отпуск
- •2.3.4 Дефекты термической обработки
- •2.4 Поверхностное упрочнение
- •2.4.1 Общие положения
- •2.4.2 Поверхностная закалка
- •2.4.2.1 Закалка с индукционным нагревом
- •2.4.2.3 Поверхностная закалка в электролитах
- •2.4.2.4 Закалка с нагревом лазерным лучом
- •2.4.3 Химико-термическая обработка (хто)
- •3 Легированные стали
- •3.1 Общие положения
- •Легированные стали можно классифицировать:
- •- По структуре в равновесном состоянии;
- •- По структуре образцов после охлаждения на воздухе;
- •- По назначению.
- •3.2 Конструкционные стали
- •3.2.1 Стали повышенной обрабатываемости
- •3.2.2 Низкоуглеродистые стали для цементации
- •3.2.3 Среднеуглеродистые стали для улучшения
- •3.2.4 Рессорно-пружинные стали
- •3.2.5 Подшипниковые стали
- •3.2.6 Высокопрочные стали
- •3.2.7 Износостойкие стали и сплавы
- •3.3 Инструментальные стали
- •3.3.1 Общие положения
- •3.3.2 Стали для режущего инструмента
- •3.3.2.1 Углеродистые и легированные инструментальные стали
- •3.3.2.2 Быстрорежущие стали
- •3.3.3 Штамповые стали
- •3.3.4 Стали для измерительных инструментов
- •3.4 Специальные стали
- •3.4.1 Коррозионностойкие (нержавеющие) стали
- •3.4.2 Жаростойкие стали и сплавы
- •3.4.3 Жаропрочные стали и сплавы
- •3.4.4 Магнитные стали и сплавы
- •4 Цветные металлы и сплавы
- •4.1 Алюминий и сплавы на его основе
- •4.1.1 Общая характеристика алюминия
- •4.1.2 Алюминиевые сплавы
- •4.2 Магний и сплавы на его основе
- •4.2.1 Общая характеристика магния и его сплавов
- •4.2.2 Деформируемые магниевые сплавы
- •4.2.3 Литейные магниевые сплавы
- •4.3 Титан и сплавы на его основе
- •4.3.1 Общая характеристика титана и его сплавов
- •4.3.2 Промышленные титановые сплавы
- •4.4 Бериллий и сплавы на его основе
- •4.4.1 Свойства бериллия
- •4.4.2 Бериллиевые сплавы
- •4.5 Медь и ее сплавы
- •4.5.1 Общая характеристика меди и её сплавов
- •4.5.2 Латуни
- •4.5.3 Бронзы
- •5 Неметаллические конструкционные материалы
- •5.1 Пластические массы
- •5.2 Стекло
- •5.2.1 Строение и состав неорганических стекол
- •5.2.2 Ситаллы
- •5.2.3 Органическое стекло
- •5.3 Древесина
- •Список литературы
- •Курс лекций по дисциплине
- •Для студентов механических специальностей
- •Часть 2 «Материаловедение»
3.4 Специальные стали
3.4.1 Коррозионностойкие (нержавеющие) стали
Поверхностное разрушение металла под действием внешней среды называется коррозией. В зависимости от механизма коррозионного процесса различают электрохимическую (под действием электролитов) и газовую (под действием газов) коррозию. Стали, являющиеся стойкими против электрохимической коррозии, классифицируют как коррозионностойкие или нержавеющие, а против газовой коррозии – жаростойкие.
Основной причиной электрохимической коррозии сталей является низкий электрохимический потенциал железа, который может повысить только хром. Наличие в стали более 12% Cr делает её коррозионностойкой.
Различают хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали. Хромистые стали разделяются в зависимости от содержания хрома на три типа: с 13% Cr, 17% Сr и 27% Cr.
Стали с 13% Cr относятся к сталям мартенситного класса. Это наиболее распространенные и дешевые нержавеющие стали и, кроме этого, имеют хорошую свариваемость. Стали 30Х13 и 40Х13 используют для карбюраторных игл, пружин, хирургических инструментов и т. д. Эти стали закаливают от 1000…1050оС в масле и отпускают при 180…200оС с получением твердости 50…60 HRC.
Стали с 17% и 25% Сr относятся к сталям ферритного класса. Широкое распространение получили стали 12Х17, 15Х25Т, 15Х28, 25Х25Т. Сталь 12Х17 применяют после рекристаллизационного отжига при 760…780оС для изготовления оборудования для пищевой промышленности и кухонной посуды. Стали 15Х25Т и 15Х28 используют чаще без термической обработки для изготовления сварных деталей, работающих в агрессивных средах и не подвергающихся действию ударных нагрузок, при температуре эксплуатации не ниже -20оС.
Хромоникелевые нержавеющие стали 12Х18Н9, 17Х18Н9, 08Х18Н10Т относятся к немагнитным сталям аустенитного класса. Для получения чисто аустенитной структуры, обладающей высокой коррозионной стойкостью, их закаливают в воде от 1100…1150оС.
При нагревании этих сталей до температур 500…570оС возможно образование по границам зерен аустенита карбидов хрома, в результате чего приграничные зоны обедняются хромом до содержания менее чем 12%. Это создает условия для распространения коррозии по границам зерен (так называемая межкристаллитная коррозия). Для предотвращения этого явления в сталь вводят 0,10…0,15 % Ti.
3.4.2 Жаростойкие стали и сплавы
Жаростойкость (окалиностойкость) - это сопротивление металла окислению в газовой среде при высоких температурах. К жаростойким относятся стали, которые работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при температурах выше 500оС.
Для повышения окалиностойкости сталь легируют хромом, алюминием, кремнием. Эти элементы имеют большее сродство c кислородом, чем железо, и образуют на поверхности стали плотные пленки окислов Cr2O3, Al2O3, SiO2. Наличие этих пленок приводит к торможению процессов последующего окисления.
Окалиностойкость зависит от состава стали, а не от её структуры и определяется, прежде всего, содержанием хрома. Минимальное содержание хрома, которое обеспечивает окалиностойкость при разных температурах, составляет: для 700оС – 5%; для 900оС – 12%С; для 1000оС – 18%; для 1100оС – 25%.
Стали, легированные Cr и Si, имеют название сильхромы, легированные Cr и Al – хромали, а легированные Cr, Al и Si – сильхромали.
В качестве сильхромалей широкое распространение нашли стали мартенситного класса 40Х9С2 и 40Х10С2М, которые имеют температуру окалинообразования 850оС.
Сталь 10Х13СЮ (сильхромаль) окалиностойкая до 950оС и, кроме этого, обладает стойкостью в средах, содержащих серу. Однако необходимо отметить, что присутствие большого количества алюминия и кремния в этих сталях способствует повышению хрупкости и поэтому их содержание ограничивают.
Для работы при более высоких температурах до 1100оС применяют стали 10Х23Н18, 15Х25ТЛ, 30Х24Н12СЛ.