 |
Режимы термической обработки.
|
|
|
|
Закалка 1000 – 1100˚С в масле.
Отпуск 700 – 750˚С.
12Х13 используется для изготовления деталей типа клапанов, предметов домашнего обихода.
Для пищевой и химической промышленности применяют сталь 12Х13.
Легированные инструментальные стали.
Получают на базе углеродистых инструментальных сталей путем легирования хромом, вольфрамом, марганцем, кремнием и т.д.
После закалки в масле и низкого отпуска имеют высокую твердость. Они меньше склонны к деформациям и образованию трещин.
Примеры марки: 9ХС, ХВГ, ХВ5
Изготавливают различные режущие инструменты сложной конфигурации (в десятых долях процента).
Быстрорежущие стали.
Для изготовления режущего инструмента.
Обладают большой твердостью и работают при больших скоростях резания.
Стали карбидного класса, так как в их состав входят карбидообразные элементы: хром, ванадий, молибден.
Высокими режущими свойствами обладают быстрорежущие стали марок: Р6, Р18.
Цифра – среднее процентное содержание вольфрама.
Жаростойкие и жаропрочные стали.
Скорость металла сопротивляться окислению при высоких температурах называется жаростойкостью (окалиностойкостью).
Окалиностойкость зависит от состава стали и мало от ее структуры.
Для повышения прочности в стали добавляют хром, алюминий.
Эти металлы обладают большим сродством к углероду и образуют на поверхности стали плотные оксидные пленки: SiO2, которые предохраняют металл от дальнейшего окисления.
Примеры: 12Х18Н9Т
Нержавеющая сталь обладает высокими технологическими свойствами (хорошо сваривается, куется, поддается ОВД).
2Х13
Многие стали работают при высокой температуре и испытывают при этом значительные нагрузки.
|
|
|
Такие стали изготавливают из жаропрочных сплавов.
Жаропрочность – способность материала противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах.
Требования, которые предъявляются к жаропрочным сплавам разнообразны.
В данном случае решающее значение имеют не только данные свойства, но и …
…
Поэтому для них обычно рассматривают не только влияние температур, но и продолжительность нагружения.
Для оценки механических свойств жаропрочных сплавов разработаны специальные виды испытаний, которые учитывают как фактор времени, так и температуры.
При таких испытаниях определяют предел ползучести и предел длительной прочности.
Предел ползучести – напряжение, которое вызывает определенную скорость деформации при данной темературе.
Предел длительной прочности – напряжение, которое вызывает разрушение образца при данной температуре через определенный промежуток времени.
При ползучести деформации идут в пограничных зонах, наблюдается межкратное разрушение. Поэтому крупнозернистый металл в условиях высокой температуры является более жаропрочным, чем мелкозернистый.
Клапанные стали.
…
В таких условиях хорошо зарекомендовали себя сильхромы.
40Х
Важнейшими деталями реактивных двигателей являются лопатки.
Их температура эксплуатации 700-800˚С
Высокие нагрузки.
Для лопаток газовых турбин применяются стали с большим содержанием …, которое называется нимониками.
Например ХН70ВМТЮ.
Цветные металлы и их сплавы
Алюминий и его сплавы
Алюминий (Al) - металл серебристого цвета, плотность ρ=2,7 г/см3, tпл=660˚С
Имеет ГЦК решетку без аллотропических превращений, обладает высокой электро- и теплопроводностью, хорошей коррозионной стойкостью за счет образования на его поверхности плотного окисла Al2O3.
Стоек к концентрированной HNO3 (азотная кислота)
Ввиду низкой прочности применяют в ненагруженных деталях (фольга, трубопроводы, теплообменники, провода и т.д.)
|
|
|
Алюминиевые сплавы нашли широкое применение в промышленности благодаря малой плотности при достаточно высоких характеристиках прочности, высокой стойкости против коррозии как в атмосферных средах, так и в других средах, хорошими технологическими свойствам (обрабатываемость, свариваемость).
В качестве основных легирующих элементов используется медь, магний, марганец, кремний, цинк.
По технологии изготовления изделий алюминиевые сплавы делят на 2 группы: деформируемые и литейные.
Деформируемые сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой.
К термически неупрочняемым сплавам относятся системы Al – Mn (АМц) и Al – Mg (АМг)
Эти сплавы хорошо обрабатываются давлением, хорошо свариваются, имеют высокую коррозионную стойкость.
Сплавы групп АМц и АМг не упрочняются термической обработкой.
Их прочностные свойства повышают за счет холодного пластического деформирования или наклепа. Из таких сплавов изготавливают емкости, трубопроводы.
Из термически упрочняемых сплавов наибольшее применение получили дуралюмины – это высокопрочные алюминий – медные сплавы с содержанием меди 3 – 5 % с добавками Mg, Si… (по 1 %).
Упрочняющая термическая обработка (закалка) основана на изменении растворимости меди в алюминии при комнатной температуре составляет 0,5%, а при температуре 550 ˚С максимальная растворимость составляет 5,5%.
Если сплав с максимальным содержанием меди нагреть и быстро охладить, то получим пересыщенный твердый раствор меди в алюминии.
Этот раствор является неустойчивым и распадается с выделением меди. Процесс распада пересыщенного раствора, который образуется в процессе закалки, называется старением.
В результате старения в сплаве образуется зоны, богатые медью, называются зонами Геньо – Престона.
Выделение меди искажают кристаллическую решетку, в нем создаются напряжения, в результате твердость и прочность возрастает, а пластичность понижается.
Если выдержка закаленных сплавов происходит при нормальной температуре, то она называется естественной.
Нагрев закаленных сплавов до 100 – 300 ˚С и выдержка при этой температуре некоторое время (несколько часов), называется искусственным старением.
|
|
|
Естественное длится 4-5 суток. Существенным отличием естественного от искусственного проявляется в том, что старение не заканчивается на образовании зон Геньо – Престона., а происходит их образование во вторичную фазу CuAl2, которая называется θ фаза, которая и упрочняет сплав.
Наибольшее применение в технике получил дуралюмин Д16.
Высокопрочные сплавы – сплавы системы Al – Zn – Mg – Cu, например В95.
Прочностные свойства приобретаются после закалки 470˚С и искусственного старения в течении 16 ч.
Сплавы применяют для высоко нагруженных деталей.
Литейные сплавы.
Наибольшее распространение получили силумины (Si = 13%).
Их используют для деталей турбо…, компрессоров.
Медь и ее сплавы.
Медь – (Cu) - металл красного цвета ρ=8,9 г/см3 tпл=1083˚С
Имеет ГЦК решетку без аллотропических превращений.
Медь обладает высокой теплопроводностью, пластичностью, хорошей коррозионной стойкостью, текучестью, хорошо обрабатывается давлением, хорошо паяется.
М0 – самая чистая медь (0,05% примесей), М1 – 0,1 % примесей, М2 – 0,2% примесей и т.д.
Медь широко используется для изготовления проводников тока, кабелей шин в электротехнике и т.д.
Недостаток – малая прочность, поэтому медь легируют.
Медные сплавы.
Латуни – сплавы меди с цинком.
Подразделяются на литейные …
Бывают однокомпонентные и многокомпонентные.
Л70 (70% меди 30% цинка)
Если латуни сложного состава, то после буквы Л ставят условное обозначение этих элементов, цифры.
Обозначение элементов: С (свинец), Ж (железо), А (алюминий), Мц (марганец), Н (никель), К (кремний)
ЛАЖМЦ 66-6-3-2
Латунь – 66%
Алюминий – 6%
Железо – 3%
Марганец – 2%
Цинк – 23%.
Латуни, содержащие …, обладают высокой пластичностью и их с давних пор применяют для изготовления гильз. Латуни с содержанием цинка более 40% в технике применяют ввиду малой прочности и пластичности.
Для повышения прочности латуни легируют кремнием, марганцем, железом (от 1 до 3 %), добавляют 1-2% свинца.
Медный сплав с содержанием 20% цинка и 15% …, называют найзинбером.
|
|
|
Медный сплав (25-35% никеля) – никелин.
Обладает высоким электросопротивлением.
Применяется в производстве реостатов. Сплав меди с 30% никеля и по 1% … и Мц называется мельхиором.
Обладает хорошей пластичностью, коррозийной стойкостью.
Изготавливают детали, работающие в морской воде.
Изготавливают детали, работающие на трение, контакты электрооборудования.
Алюминиевые бронзы – сплавы меди (9-14% алюминия) и добавками железа, марганца …
Обладают высокими механическими свойствами, хорошими литейными свойствами, жаропрочностью и жарстойкостью.
Бронзы – сплавы меди со всеми другими элементами, кроме цинка, однако цинк может быть легирующей добавкой.
Названия по основным легирующим элементам: оловянистые, алюминиевые, берилистые и т.д.
Бр – затем буквы и цифры, обозначающие название и содержание в процентах легирующих элементов.
Ф(фосфор)
Ц(цинк)
Х(хром)
Б(бериллий)
Ц(цирконий)
К(кремний)
БрОЦС 6-63
(Sn – 6%, Zn – 6%, Pb – 3%, Cu – 8,5%)
Оловянистые бронзы – сплавы меди с содержанием меди до 20 %.
Одной из самых распространенных является бронза …
Изготавливают детали, работающие на трение (шестерни, колеса, втулки кранов и т.д.)
бериллиевые бронзы (2,5% бериллия).
Устойчиво работают до 350˚С, обладают хорошей электро- и теплопроводностью и способностью не искрить при ударе.
Из этих бронз изготавливают особо ответственные детали, которые работают при больших скоростях, высоких давлениях, температурах. Однако они дорогостоящи.
Хромистые Бр (…% хрома)
Их легируют серебром (0,2%). Хорошо сплавляются сос талью, что позволяет использовать их для получения биметаллов.
Такие биметаллы применяют в … устройствах и изготавливают огневые стенки камер сгорания.
Титан и его сплавы.
Титан (Ti) – металл серебристо-белого цвета.
ρ=4,… г/см3 tпл=1672˚С
Сочетание легкости и тугоплавкости делают титан очень полезным материалом.
При обычных температурах … титан является коррозионной стойкостью.
Однако нагрев его до температуры 500˚С делают его активынм металлом, что является неплохой предпосылкой для легирования металла.
Особо опасен для титана водород, который охрупчивает его.
Самое основное свойства: полиморфизм.
ГПУ ОЦК
Легирующие элементы на темп. полиморф. превр. влияют следующим образом:
1 группа. Стабилизируют α форму Ti повышает температуру α-β перехода. Из металлов алюминий, гандий. Из неметаллов – кислород, азот.
2 группа β стабилизация.
β – элементы понижают α-β переходы. Хром, ванадий, молибден, медь …
3 группа Элементы, слабовлияющие на температуру полиморфного превращения.
|
|
|
Их называют нейтральными упрочнителями. Свинец, цирконий, германий, торий.
Титановые сплавы подразделяются на 3 группы:
1 группа α – сплавы
2 группа α+β сплавы
3 группа β сплавы
Сплавы 1-ой группы – ВТ4, ВТ5, ВТ 18 и другие. (высокопрочный титановый сплав).
…
Сплавы 2-ой группы – ВТ8, ВТ6, ВТ14 содержат Al, Va, Mb
Они характеризуются более высокой прочностью. Но более хрупкие, чем α- сплавы
Сплавы 3-ей группы ВТ22, ВТ15 наиболее пластичны и достаточно прочные. Титановые сплавы применяют в технической промышленности, судостроении, авиационной техники.
…
Свойства титановых сплавов.
Структурно-однофазные титановые сплавы
…
Титан легированный α и β стабилизаторами является двухфазным сплавом …
причем α и β фазы представляют светлые и темные пластины, которые хар-ся между собой.
Механические свойства титановых сплавов.
Наиболее прочными являются β и α+β сплавы.
Титан сильно упрочняют такие элементы какалюминий, кобальт, молибден, марганец, хром.
Количество легирующих элементов, которые вводят в титан образует …, которое обеспечивает оптимальное сочетание прочности и пластичности.
Al – 10% Va – 5%
Сумма легирующих элементов не должна превышать 25-30%.
Наиболее показательна для механических свойств титановых сплавов такая характеристика, как удельная прочность.
р – плотность.
При одинаковых σВ удельная прочность титановых сплавов в 2 раза выше, чем у …
Конструкции в 2 раза легче, чем стальные.
…
|
|
|
