 |
Кривая охлаждения заэвтектическогосплава (III)
|
|
|
|
иллюстрирует: охлаждение жидкости, выделение кристалловВиз расплава, кристаллизация эвтектики (А+В), охлаждение закристаллизовавшегося сплава.
А или В и при постоянной температуре происходит кристаллизация эвтектики Э.
Сплавы, концентрация которых соответствует точке С диаграммы называются эвтектическими, их структура представляет собой чистую эвтектику.
Эвтектикой называют механическую смесь двух фаз, одновременно кристаллизовавшихся из жидкого сплава.
Сплавы, расположенные на диаграмме левее эвтектичес-кого, называются доэвтектическими, их структура состоит из зерен А и эвтектики.
Сплавы, которые на диаграмме расположены правее эвтектического, называются заэвтектическими, их структура представляет собой зерна В, окруженные эвтектикой.
64. Диаграммы состояния твердых растворов.
Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии изображена на рис. 10.
Для этого сплава возможно образование двух фаз: жидкого сплава и твердого раствора а.
На диаграмме имеется всего две линии, верхняя является линией ликвидус, а нижняя — линией солидус.
Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии показана на рис 11.
В этом сплаве могут существовать три фазы:
· жидкий сплав;
· твердый раствор α компонента В в компоненте А;
· твердый раствор β компонента А в компоненте В.
Линия АСВ является линией ликвидус, линия АDСЕВ — линией солидус.
Здесь также образуется эвтектика, имеются сплавы:
· эвтектический;
· доэвтектический;
· заэвтектический.
По линиям FD и EG происходит выделение вторичных кристаллов αII и βII (вследствие уменьшения растворимости с понижением температуры).
|
|
|
Процесс выделения вторичных кристаллов из твердой фазы называется вторичной кристаллизацией.
65. Диаграмма состояния сплавов, образующих химическое соединение.
Диаграмма состояния сплавов, образующих химическое соединение (рис. 12) характеризуется наличием вертикальной линии, соответствующей соотношением компонентов в химическом соединении АmВn.
Эта линия делит диаграмму на две части, которые можно рассматривать как самостоятельные диаграммы сплавов, образуемых одним из компонентов с химическим соединением.
На рисунке изображена диаграмма для случая, когда каждый из компонентов образует с химическим соединением механическую смесь.
66. Сплавы железа с углеродом.
Характеристики железа
• Твердость - НВ 80;
• Температура плавления — 1539 °С;
• Плотность 7,83 г/см3.
С углеродом железо образует химическое соединение и твердые растворы.
Цементит — это химическое соединение железа с углеродом (карбид железа) Fe3С.
Характеристики цементита
• Содержание углерода - 6,67 % (по массе).
• Сложная ромбическая кристаллическая решетка.
• Высокая твердость - НВ 800;
• Низкая пластичность и хрупкость.
Ферритом называется твердый раствор углерода в α- железе.
Содержание углерода в феррите очень невелико — максималь-ное 0,02% при температуре 727 °С.
Из-за малого содержания углерода свойства феррита совпадают со свойствами железа (низкая твердость и высокая пластичность).
Твердый раствор углерода в высокотемпературной модификации Feα (т. е. в Feδ) называют δ - ферритом или высокотемператур-ным ферритом.
Аустенит — это твердый раствор углерода в γ- железе.
Свойства аустенита
• Максимальное содержание углерода - 2,14 % (при темпера-туре 1147 °С);
• Твердость - НВ 220.
Перлит — это механическая смесь феррита с цементитом.
Характеристики перлита
|
|
|
• Содержание углерода - 0,8%;
• Образуется из аустенита при температуре 727°С.
• Пластинчатое строение, т.е. его зерна состоят из чередующихся пластинок феррита и цементита;
• Является эвтектоидом - механической смесью двух фаз, образующейся из твердого раствора (а не из жидкого сплава, как эвтектика).
Ледебурит - это эвтектическая смесь аустенита с цементитом.
Ледебурит содержит 4,3 % углерода, образуется из жидкого сплава при температуре 1147 °С.
Фаза цементита имеет пять структурных форм:
• цементит первичный, образующийся из жидкого сплава;
• цементит вторичный, образующийся из аустенита;
• цементит третичный, образующийся из феррита;
• цементит ледебурита;
• цементит перлита.
Железоуглеродистые сплавы в зависимости от содержания углерода делятся на:
техническое железо (до 0,02 % С);
сталь (от 0,02 до 2,14 % С);
чугун (от 2,14 до 6,67 % С).
Сталь называется при содержании углерода:
до 0,8 % С - доэвтектоидной;
• 0,8 % С — эвтектоидной;
• свыше 0,8 % С — заэвтектоидной.
Чугун называется при содержании углерода:
• от 2,14 до 4,3 % С - доэвтектическим;
• ровно 4,3% С — эвтектическим;
• от 4,3 до 6,67 % С — заэвтектическим.
Структура технического железа представляет собой зерна феррита или феррит с небольшим количеством третичного цементита.
Микроструктуры технического железа:
а – содержание углерода менее 0,006%;
б – содержание углерода 0,006…0,02 %
67. Классификация сталей.
Классификация сталей и сплавов производится:
- по химическому составу;
- по структурному составу;
- по качеству (по способу производства и содержанию вредных примесей);
- по степени раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице;
- по назначению.
Химический состав:
- малоуглеродистые - менее 0,3% С;
- среднеуглеродистые - 0,3...0,7% С;
- высокоуглеродистые - более 0,7 %С.
суммарный процент содержания легирующих элементов:
- низколегированные - менее 2,5%;
- среднелегированные - 2,5...10%;
- высоколегированные - более 10%.
68. Стали специального назначения.
Стали специального назначения—это нержавеющие (коррозионно-стойкие), жаростойкие, жаропрочные, износостойкие и др.
69. Влияние углерода и постоянных примесей на фазовый состав и свойства сталей.
Углерод повышает твердость и прочность (при содержании до 1 %), но снижает пластичность и вязкость стали (рис. 1, в). Он влияет и на технологические свойства. С увеличением содержания углерода снижается способность стали деформироваться в горячем и особенно в холодном состояниях, ухудшаются литейные свойства и свариваемость.Марганец и кремний являются полезными примесями. Марганец повышает прочность стали, не снижая пластичности, увеличивает прокаливаемость, уменьшает красноломкость (хрупкость при высоких температурах). Кремний упрочняет сталь, но снижает ее пластичность. Сера, фосфор и газы (азот, кислород, водород) – вредные примеси. Сера снижает пластичность и вязкость стали, придает ей красноломкость, ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость. Фосфор также снижает пластичность и вязкость, вызывает хладноломкость стали (охрупчивание при пониженных температурах). Вредное влияние газов проявляется в снижении пластичности и повышении склонности стали к хрупкому разрушению.
|
|
|
70. Углеродистые конструкционные стали.
Качественные стали, в зависимости от содержания марганца разделяют на две группы:
I группа – стали с нормальным содержанием марганца (08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, где цифры показывают среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента); II группа – стали с повышенным содержанием марганца (15Г, 20Г и др.), где буква Г означает, что сталь содержит 0,7-1,2 % Мn).
Содержание серы и фосфора должно быть не больше 0,04 % (каждого). Степень раскисления обозначают: кипящую –.кп, полуспокойную –.пс, спокойную – без индекса. Например: сталь 15 – углеродистая конструкционная качественная, содержит в среднем 0,15 % углерода, спокойная. Качественные конструкционные стали широко применяют для изготовления самых разнообразных деталей машин во всех отраслях машиностроения. Качественная сталь идет для деталей, требующих более высокой пластичности, ударной вязкости, работающих при повышенных давлениях: для зубчатых колес, труб, винтов, болтов, для деталей, подлежащих цементации, для сварных изделий.
|
|
|
71. Углеродистые инструментальные стали.
Инструментальной углеродистой сталью называется сталь с содержанием углерода от 0,7 % и выше. Эта сталь отличается высокой твердостью и прочностью. Инструментальная углеродистая сталь (ГОСТ 1425-99) делится на качественную и высококачественную.
Содержание серы и фосфора в качественной инструментальной стали – 0,03 % и 0,035 %, в высококачественной –0,02 % и 0,03 % соответственно.
Инструментальные качественные углеродистые стали предназначены для изготовления режущего, мерительного и штамповочного инструмента небольших размеров. Марки этих сталей обозначаются так: буква У и цифры показывают содержание углерода в десятых долях процента (У7, У8,....У13). Высококачественные стали содержат более низкое количество серы (до 0,02 %) и фосфора (до 0,03 %), имеют меньшее содержание неметаллических включений, обладают повышенными
механическими свойствами.
В обозначениях марок высококачественных сталей в отличие от качественных ставится буква А (например, сталь У10А –углеродистая инструментальная сталь, содержащая в среднем 1 % углерода, высококачественная).
Буква žГ¤ в марке стали обозначает повышенное содержание марганца (0,33-0,58 %).
72. Маркировка углеродистых сталей
сталь обыкновенного качества разделяют на три группы А, Б, В, учитывающие поставки:
сталь группы А – поставляют потребителям по механическим свойствам;
сталь группы Б – по химическому составу;
сталь группы В – с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.
- Углеродистую сталь обыкновенного качества группы А изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6 и др. Ст – индекс данной группы стали. Цифры от 0 до 6 – это условный номер марки стали. Буква žГ¤ в марке стали указывает на повышенное содержание марганца (более 0,8 %). С увеличением
номера марки стали возрастает прочность и снижается пластичность стали. Индексы кп, пс, сп указывают степень раскисления стали: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная. Ст0 по степени раскисления не разделяют, в ней регламентируют только содержание углерода (не более 0,23 %), серы (до 0,06 %) и фосфора (до 0,07 %). В обозначении сталей индекс группы А не указывается. Например, Ст3кп – сталь углеродистая обыкновенного качества, номер 3, кипящая, поставляемая потребителям по механическим свойствам (группа А).
- Сталь группы Б изготовляют тех же марок, но перед маркой стали ставят букву Б (например, БСт0, БСт1кп).
- Сталь группы В изготовляют следующих марок: ВСт2, ВСт3, ВСт4 и ВСт5.
Стали, обыкновенного качества применяют для строитель-
|
|
|
ных конструкций и неответственных деталей машин.
73. Легирующие добавки и их влияние на свойства стали.
Углеродистая сталь сама по себе не обладает достаточным сочетанием этих качеств, поэтому с целью улучшения физико-химических свойств, применяются легирующие добавки. Легированной сталью называется такая сталь, в которую при выплавке вводят элементы, изменяющие ее строение и свойства. Эти элементы называются легирующими. К легирующим относятся следующие элементы: марганец, кремний, хром, никель, молибден, титан, вольфрам, ниобий, алюминий, тантал и другие.
Качество стали характеризуется целым рядом показателей, среди которых твердость и пластичность. Основной легирующей добавкой, придающей стали антикоррозийные, нержавеющие свойства являются хром. Такой сплав, хоть твердый и прочный, не обладает достаточной пластичностью. Поэтому чаще используют сложнолегированную сталь, в которой помимо хрома присутствует никель и другие добавки. Рассмотрим свойства таких добавок более подробно. Легирующие добавки необходимы для улучшения механических, технологических, эксплуатационных свойств, а в некоторых случаях для придания стали особых физических или химиче-
ских свойств.Легирующие элементы могут растворяться в феррите, аустените, цементите, образовывать специальные карбиды (карбиды легирующих элементов в отличие от карбида железа –Fe3С4). Растворяясь в аустените или феррите, легирующие элементы упрочняют эти фазы, делают их более устойчивыми против
распада при нагреве и охлаждении, изменяя температуры фазовых превращений и структуру сталей. Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование должнобыть строго обоснованно.
Никель, Ni. Также как и хром повышает коррозионную стойкость нержавеющей стали. Кроме того он придает пластичность и вязкость металла.
Марганец, Mn. Обеспечивает антикоррозийные свойства. Придает твердость и прочность, повышает износоустойчивость, сопротивляемость материала ударам. Кроме того он уменьшает вредное воздействие серы на сплав.
Кремний, Si. Повышает упругость стали, ее ударную вязкость, увеличивает кислотостойкость, но увеличивает предел текучести нержавейки. Это снижает свариваемость, вязкость, затрудняет штамповку. При выплавке кремний и марганец добавляют, чтобы убрать из сплава окислы железа.
Ваннадий, V. Повышает пластичность стали. Делает зерно металла меньше, что улучшает ковкость.
Молибден, Mo. Повышает свариваемость сталей, красностойкость. Красностойкость – это способность металла сохранять антикоррозийные свойства, прочность, износостойкость при повышенных температурах.
Титан, Ti. Повышает кислото- и жаростойкость.
Кобальт, Co. Повышает жаропрочность и ударную сопротивляемость.
Углерод делает сталь более прочной и твердой. Однако содержание углерода в стали связано с некоторыми недостатками. Чем его больше, менее вязкой и пластичной становится сталь.
Сера, S. Это вредная примесь, которая препятствует взаимодействию зерен металла между собой, в результате чего снижается стойкость к коррозии, свариваемость, могут появляться трещины.
Фосфор, P. Также побочная примесь. Он не полностью растворяется в стали и опять-таки препятствует прочному соединению зерен.В результате вязкость, пластичность и устойчивость к появлению трещин снижается.
И сера и фосфор повышают красноломкость сплавов (хрупкость при повышении температуры).
Азот, кислород, водород (N, O, H). Образуют нитриды и оксиды на границах зерен. В результате сила сцепления между зернами уменьшается и сталь становиться хрупкой.
74. Маркировка легированных сталей.
По назначению легированные стали разделяют на три класса: конструкционные (машиноподелочные и строительные), инструментальные и стали с особыми физико-химическими свойствами.
Для обозначения марок сталей принята буквенно-цифровая система. Легирующие элементы обозначаются буквами: С — кремний, Г — марганец, X — хром, Н — никель, М — молибден, В — вольфрам, Р — бор, Т— титан, Ю — алюминий, Ф — ванадий, Ц — цирконий, Б — ниобий, А — азот, Д — медь, К — кобальт, П — фосфор и т. д. Цифра, стоящая после буквы, указывает на содержание легирующего элемента в целых процентах. Если цифра не указана, то легирующего элемента содержится до 1 %. В конструкционных качественных легированных сталях две первые цифры марки показывают содержание углерода в сотых долях процента. Кроме того, высококачественные легированные стали имеют в конце марки букву А, а особо высококачественные– Ш.
Например, сталь марки 30ХГСН2А – высококачественная легированная сталь, содержит 0,30 % углерода, до 1 % хрома, марганца, кремния и до 2 % никеля; сталь марки 95Х18Ш – особовысококачественная, содержит 0,9 – 1,0 % углерода; 17 – 19 %
хрома.
75. Строение и свойства чугунов.
Свойства чугуна зависят от его вида
|
|
|
