2. Конструкционные стали повышенной прочности: легированные стали. Принципы легирования, маркировка. Термическая обработка, свойства и применение легированных сталей в зависимости от содержания углерода




Название2. Конструкционные стали повышенной прочности: легированные стали. Принципы легирования, маркировка. Термическая обработка, свойства и применение легированных сталей в зависимости от содержания углерода
страница1/9
Дата публикации03.04.2013
Размер1.07 Mb.
ТипДокументы
skachate.ru > Физика > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
Билет 1

1. Элементарная ячейка кристаллической решетки и ее характеристики. Полиморфизм, анизотропия, их использование в технике.
Кристаллическое тело характеризуется правильным расположением атомов в пространстве. У аморфных веществ расположение атомов случайно. Кристаллические вещества образуют кристаллическую решётку. 14 типов кристаллических решёток. Крист. решётка характеризуется элементарной ячейкой. Эл. ячейка – кристаллич. решётка наименьшего объёма, воспроизведение которой в пространстве множество раз создаёт пространственную крист. решётку. Атомы в пространстве располагаются упорядоченно, образуя кристаллическую решётку. Основные типы:

1. Простая кубическая решётка: в узлах кубика атомы касаются друг друга. Параметры: Период решётки (расстояние между атомами a =d), d – диаметр атома. 1/8·8 =1 атом на элемент, ячейку. Для химического соединения данный тип решётки.

2. Кубическая объёмно-центрированная решётка характерна для тугоплавких металлов. a =1,21·d. 1/8·8 +1 =2. Feα, Ti, W, Nb.

3. Кубическая гранецентрированная решётка . 1/8·8 +1/2·6 =4. Характерна для пластичных металлов. Cu, Feγ, Au.

3. Анизотропия кристалла и изотропия кристаллических тел.

Анизотропия – это различие свойств в разных направлениях в кристалле. В монокристалле – анизотропия. Поликристаллические вещества – где много кристаллов. В поликристаллическом теле – изотропия (одинаковые свойства по разным направлениям).

2. Конструкционные стали повышенной прочности: легированные стали. Принципы легирования, маркировка. Термическая обработка, свойства и применение легированных сталей в зависимости от содержания углерода.

Легированной называется сталь, содержащая в своем составе один или несколько специально введенных легирующих элементов в количестве, заметно изменяющем свойства стали.

^ Принципы маркировки стали:

Марка легированной стали – буквенно-цифровой код ее химического состава.Каждый элемент обозначается заглавной буквой русского алфавита:

а) по первой букве русского названия Н – Ni; В – W; Т – Ti; Х – Cr; М – Mo; Г – Mn; Д – Cu; Ю – Al; А – N; Б – Nb;

б) по первой букве латинского названия С – Si;

в) просто условное обозначение Ф – V;

Марка легированной стали:

Если число соответствующее содержанию углерода двухзначное, то это содержание углерода в сотых долях процента, если в единицах, то это содержание углерода в десятых долях процента.

  • низколегированные

  • среднелегированные

  • высоколегированные

Влияние некоторых основных легирующих элементов на свойства сталей.

1. Никель. Никель образует твердые растворы внутри легированных сталей, повышается прочность стали, ее устойчивость к высоким температурам (никель – сильный аустенизатор).

2. Хром. Если содержание в стали хрома больше 12%, то сталь – нержавеющая (при условии растворения хрома в кристаллической решетке железа). Хром – сильно карбидообразующий элемент. Из-за образования карбидов коррозионная стойкость стали может уменьшаться. В стали 12Х18Н10Т предотвращено образование карбидов хрома на зернах.

3. Вольфрам. Вольфрам повышает твердость и прочность стали. Сильно карбидообразующий элемент. Карбиды вольфрама устойчивы и действуют при температуре выше температуры применения. Вольфрам используют для изготовления инструментальных сталей.

4. Ванадий. Ванадий повышает устойчивость к циклическим нагружениям и высоким температурам.

5. Марганец. Марганец способствует повышению твердости и прочности, обеспечивает высокую вязкость сталей.

6. Кремний. Кремний – ферритизатор – повышает устойчивость феррита при высоких температурах, то есть такая сталь обладает хорошими электро-магнитными свойствами (феррит – сильный ферромагнетик). Стали с высоким содержанием кремния используются для изготовления сердечников для электроприборов.

Билет 2

1 Фазы сплавов: твердые растворы и промежуточные фазы. Влияние состава на свойства твердых растворов. Промежуточные фазы постоянного и переменного составов, их строение и свойства (фазы внедрения, карбиды, нитриды, электронные соединения и т.д.).
1. Сплав – вещество, содержащее в своем составе два или более компонентов, по крайней мере один из которых – металл.

Получают их с помощью спекания или сплавлением. Компонент – вещество, образующее сплав.

Фаза – пространственно ограниченная и отличная от других часть системы, имеющая свою кристаллическую решётку и свои свойства. Гомогенные вещества имеют одну фазу, а гетерогенные – несколько фаз.

Структура – строение металла, в котором можно различать отдельные фазы, их форму, размеры и взаимное расположение. Структура влияет на свойства.

Равновесное состояние – когда в сплаве все фазы, присущие этой системе оформлены. Это состояние обеспечивается при медленном охлаждении, можно различать размеры и формы фаз.

Неравновесное состояние – процесс образования и обособления фаз не закончился, образуется при быстром охлаждении.

Компонент – химическое вещество, входящее в состав сплава.

В дальнейшем будем рассматривать двойные сплавы.

^ Различные типы кристаллических сплавов.

1. Твердые растворы – кристаллы, у которых один из компонентов образует собственную кристаллическую решетку, а второй присутствует в виде отдельных атомов, то есть собственной кристаллической решетки не имеет. Первый компонент называют растворителем, а второй – растворенным компонентом.

Выделяют твердые растворы внедрения и твердые растворы замещения.

^ В твердых растворах внедрения – атомы растворенного вещества находятся в межатомных промежутках растворителя.



Особенности:

  • растворенные вещества должны иметь малый атомный радиус (обычно это неметалл);

  • ограниченная растворимость;

В твердых растворах замещения – атомы растворенного вещества замещают атомы растворителя в узлах кристаллической решетки.



Особенности

  • растворенное вещество такого же типа, как и растворитель (атомы близки по размеру);

  • часто имеют неограниченную растворимость;

2 Конструкционные стали нормальной прочности: углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества и качественные стали. Состав, маркировка, упрочняющая обработка и применение.
1) ^ Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.

Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:

  1. сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);

  2. сталь группы Б - по химическому составу;

  3. сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

стали обыкновенного качества Сталь0 … Сталь3 … Сталь6, Ст.0 … Ст.3 (0,15-0,22% C)… Ст.6, самые дешёвые, плавка идёт всего 30 мин, слитки крупные  10 т, поставляют эти стали по механическим свойствам, не подвергаются термической обработке.

2) стали качественные: конструкционные, C меньше 0,7% Сталь 08, 10, …45 …60, содержание C в стали в сотых долях % и инструментальные, C больше 0,7% У7…У13, содержание C в десятых долях, разливаются в меньшие слитки, более дорогие, выше качество, подвергаются упрочняющей термической обработке, поэтому в них важно знать содержание C.

Билет 3

1. Точечные, линейные, поверхностные и объемные дефекты кристаллического строения и их влияние на физико-механические характеристики твердых тел. Механические свойства бездефектных кристаллов; нитевидные кристаллы.



Неоднородный химический состав и внешние условия вызывают дефекты кристаллической решетки. Выделяют дефекты трех типов:



  1. точечные (вакансии, внедренные атомы);

  2. линейные (краевые и винтовые дислокации);

  3. объемные (микропоры, трещины, газовые пузырьки).

Точечные дефекты:

Вакансия – отсутствие атома в узле кристаллической решетки.



^ Внедренные атомы: а) чужеродный атом в узле кристаллической решетки; б) атом вне узла, в межузельном пространстве.



Линейные дефекты:

Дислокации: краевые – оборванный край атомной плоскости внутри кристаллической решетки; винтовые – условная ось внутри кристалл, относительно которой закручиваются атомные плоскости в процессе кристаллизации.

Объемные дефекты:

Возникают из-за влияния внешних условий кристаллизации или под действием внешних нагрузок. В результате несколько вакансий дают пору; несколько линейных дислокаций – трещину.

^ Влияние дислокаций на процесс деформирования кристалла.



Наличие дислокаций значительно облегчают движение атомных плоскостей друг относительно друга и способствует уменьшению предела прочности. В результате деформирования дислокации могут выходить за грани кристалла. Под действием значительных усилий в кристалле могут возникать новые дислокации, облегчающие деформирование кристалла (площадка текучести). Дислокации переплетаются.


n – плотность дислокаций;



Если дислокаций нет, то требуется значительное усилие, чтобы деформировать материал. Чем больше дислокаций, тем меньше усилие необходимое для деформации образца. Начиная с некоторой концентрации дислокаций деформация затрудняется, дислокации мешают движению друг друга. Возникает эффект упрочнения. Структура, возникающая при большом количестве мешающих друг другу дислокаций.

Реальные кристаллы имеют много дефектов, от которых зависят свойства материала.

2. Способы повышения упругих характеристик конструкционных материалов. Стали для пружин и рессор, их состав, марки, упрочняющая обработка.
Пружины, рессоры и другие упругие элементы являются важнейшими деталями различных машин и механизмов. В работе они испытывают многократные переменные нагрузки. Под действием нагрузки пружины и рессоры упруго деформируются, а после прекращения действия нагрузки восстанавливают свою первоначальную форму и размеры. Особенностью работы является то, что при значительных статических и ударных нагрузках они должны испытывать только упругую деформацию, остаточная деформация не допускается. Основные требования к пружинным сталям – обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению, стойкости к релаксации напряжений.

Пружины работают в области упругих деформаций, когда между действующим напряжением и деформацией наблюдается пропорциональность. При длительной работе пропорциональность нарушается из-за перехода части энергии упругой деформации в энергию пластической деформации. Напряжения при этом снижаются.

Самопроизвольное снижение напряжений при постоянной суммарной деформации называется релаксацией напряжений.

Релаксация приводит к снижению упругости и надежности работы пружин.

Пружины изготавливаются из углеродистых (65, 70) и легированных (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР) конструкционных сталей.

Для упрочнения пружинных углеродистых сталей применяют холодную пластическую деформацию посредством дробеструйной и гидроабразивной обработок, в процессе которых в поверхностном слое деталей наводятся остаточные напряжения сжатия.

Повышенные значения предела упругости получают после закалки со средним отпуском при температуре 400…480 oС.

Для сталей, используемых для пружин, необходимо обеспечить сквозную прокаливаемость, чтобы получить структуру троостита по всему сечению.

Упругие и прочностные свойства пружинных сталей достигаются при изотермической закалке.

Пружинные стали легируют элементами, которые повышают предел упругости – кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием, бором.

В целях повышения усталостной прочности не допускается обезуглероживание при нагреве под закалку и требуется высокое качество поверхности.

Пружины и другие элементы специального назначения изготавливают из высокохромистых мартенситных (30Х13), мартенситно-стареющих (03Х12Н10Д2Т), аустенитных нержавеющих (12Х18Н10Т), аустенито-мартенситных (09Х15Н8Ю), быстрорежущих (Р18) и других сталей и сплавов.
Билет 4

1. Пластическая деформация и рекристаллизация металлов. Сдвигово-дислокационный механизм пластической деформации. Изменение структуры и свойств при холодной и горячей деформациях.

Пластической деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием напряжений. Пл деф исп также как способ упрочнения Ме и способ получения опред структурного состояния. Различают объемную и поверхностную деф.

Пластичность – способность мат к пласт деф.

Мех-м пластич деф:

1) Диффузионный (при выс tº и выс напряж); 2)Сдвиговой ( t=0,3 - 0,4 tпл и выс напряж)

Сдвиг может быть: 1) скольжение; 2) двойникование; 3) межзеренное скольжение.

Основной способ реализации сдвига-скольжения, кот происходит путем перемещения дислокаций – сдвигово-дислокационный мех-м: при каждом перемещении дислокации на один шаг необходимо разорвать связь только между двумя рядами атомов, при дальнейшем движении дислокация пройдет всю плоскость скольжения и выйдет на поверхность зерна.



Пластич деф может быть: холодной ( t меньше 0,3 tпл), теплой (t=0,3 - 0,5 tпл), горячей (t больше 0,5 tпл).

Изменение ст-ры и св-в при холодной пластич деф:

1) Анизотропия ф-мы зерна; изм ориентация зерен – они вытягиваются в напр нагрузки

2) увелич плотности дислокаций; увелич конц вакансий; внутри зерен обр-ся субзерно с различной кристаллографич ориентировкой.

3) Упрочнение (наклеп), снижение пластичности, анизотропия св-в.

Изменение ст-ры и св-в при горячей обработке давлением:

1)При t больше t пр в сплаве также протекают процессы разупрочнения, что связано с динамической полигонизацией и рекристаллизацией. Дин полиг сопровождается увелич плотн дислокаций в субзернах, дин рекрист отличается тем, появившиеся рекрист-е зерна из-за продолжающ-ся деформации наклепываются.

Рекристаллизация – процесс фовмир-я и роста новых недеф. зерен с пониженной плотностью дислокаций, разделенных большеугловыми границами при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.

1 стадия – первичная рекристаллизация (обработки) заключается в образовании центров кристаллизации и росте новых равновесных зерен с неискаженной кристаллической решеткой. Новые зерна возникают у границ старых зерен и блоков, где решетка была наиболее искажена. Количество новых зерен постепенно увеличивается и в структуре не остается старых деформированных зерен.

2 стадия – собирательная рекристаллизация заключается в самопроизв росте одних рекрист зерен за счет соседних путем перемещ большеугловых границ.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Похожие:

2. Конструкционные стали повышенной прочности: легированные стали. Принципы легирования, маркировка. Термическая обработка, свойства и применение легированных сталей в зависимости от содержания углерода iconВыберите углеродистую сталь для изготовления сверл. Назначьте режим...
Выбрана сталь 38хвфюа. Укажите состав и определите группу стали по назначению. Назначьте и обоснуйте режим термической и химико-термической...
2. Конструкционные стали повышенной прочности: легированные стали. Принципы легирования, маркировка. Термическая обработка, свойства и применение легированных сталей в зависимости от содержания углерода iconПриложения
В настоящее время широкое применение получили низколегированные и легированные стали, применяемые для изготовления наиболее важных,...
2. Конструкционные стали повышенной прочности: легированные стали. Принципы легирования, маркировка. Термическая обработка, свойства и применение легированных сталей в зависимости от содержания углерода iconПрезентация предприятия ОАО «Ключевской завод ферросплавов»
Основная продукция завода используется в качественной металлургии для легирования и раскисления стали, получения комплексных сплавов,...
2. Конструкционные стали повышенной прочности: легированные стали. Принципы легирования, маркировка. Термическая обработка, свойства и применение легированных сталей в зависимости от содержания углерода iconКомпоненты, фазы, линии и точки диаграммы 
К железоуглеродистым сплавам относят стали и чугуны. Основными элементами, от которых зависят структура и свойства сталей и чугунов,...
2. Конструкционные стали повышенной прочности: легированные стали. Принципы легирования, маркировка. Термическая обработка, свойства и применение легированных сталей в зависимости от содержания углерода iconКакие нормальные примеси и почему влияют на свойства сталей?
Опишите превращения, происходящие при отпуске углеродистой стали, закаленной мартенсит. В чем практическое значение отпуска? Приведите...
2. Конструкционные стали повышенной прочности: легированные стали. Принципы легирования, маркировка. Термическая обработка, свойства и применение легированных сталей в зависимости от содержания углерода iconНовые технологии деформационно-термической обработки быстрорежущих сталей
Таким образом, нам становится интересным установление фактов прямой зависимости между красностойкостью стали и режущими свойствами...
2. Конструкционные стали повышенной прочности: легированные стали. Принципы легирования, маркировка. Термическая обработка, свойства и применение легированных сталей в зависимости от содержания углерода iconОпишите процесс выплавки стали в кислородных конвертерах. Опишите...
Езо-цементит и укажите во всех областях диаграммы структуры, получающиеся при медленном охлаждении железоуглеродистых сплавов. Пользуясь...
2. Конструкционные стали повышенной прочности: легированные стали. Принципы легирования, маркировка. Термическая обработка, свойства и применение легированных сталей в зависимости от содержания углерода iconС. Какова структура этого сплава при комнатной температуре, и как такой сплав называется?
Железа и графика зависимости твердости от температуры отпуска назначьте режим термической обработки (температуру закалки, охлаждающую...
2. Конструкционные стали повышенной прочности: легированные стали. Принципы легирования, маркировка. Термическая обработка, свойства и применение легированных сталей в зависимости от содержания углерода iconЗадания на контрольную работу
Назначьте температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска пружин из стали 70. Опишите сущность происходящих превращений,...
2. Конструкционные стали повышенной прочности: легированные стали. Принципы легирования, маркировка. Термическая обработка, свойства и применение легированных сталей в зависимости от содержания углерода iconКонструкционные и инструментальные материалы
К конструкционным сталям относят и стали со специальными свойствами – износостойкие, пружинные, коррозионно-стойкие, жаростойкие,...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
skachate.ru
Главная страница