Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 32 )

Для більших виробів застосовують леговані сталі Х, Х9, Х6ВФ. Для підвищення зносостійкості інструмента після термічної обробки проводять ціанування або хромування робочих поверхонь.

Для зменшення шлюбу при загартуванні необхідно повільне охолодження в області температур мартенситного перетворення (наприклад, загартування з води в масло для вуглецевих сталей, східчасте загартування для легованих сталей).

Якщо штамповий інструмент випробовує ударні навантаження, то використовують сталі, що володіють більшою в'язкістю (стали 4ХС4, 5ХНМ). Це досягається зниженням змісту вуглецю, введенням легуючих елементів і відповідною термічною обробкою. Після загартування проводять висока відпустка при температурі 480…580oС, що забезпечує твердість 38...45 HRC.

Сталі для штампів гарячого деформування

Додатково до загальних вимог, від сталей цієї групи потрібна стійкість проти утворення тріщин при багаторазовому нагріванні й охолодженні, окалиностійкість, висока теплопровідність для відводу теплоти від робочих поверхонь штампа, висока прокалюваність для забезпечення високої міцності по всім перетині інструмента.

Для виготовлення молотових штампів застосовують хромонікелеві середньовуглецеві сталі 5ХНМ, 5ХНВ, 4ХСМФ. Вольфрам і молібден додають для зниження схильності до відпускної крихкості. Після термічної обробки, що включає загартування з температури 760…820oС і відпустка при 460…540oС, сталь має структуру - сорбіт або тростит і сорбіт відпустки. Твердість 40...45 HRC.

Штампи гарячого пресування працюють у більше тяжких умовах. Для їхнього виготовлення застосовуються сталі підвищеної теплостійкості. Сталь 3Х2У8Ф зберігає теплостійкість до 650oС, але наявність карбідів вольфраму знижує в'язкість. Сталь 4Х5У2ФС має високу в'язкість. Підвищений зміст хрому й кремнію значно збільшує окалиностійкість стали.

Корозійностійкі сталі й сплави. Жаростійкі сталі й сплави. Жароміцні сталі й сплави

 Класифікація термохімічна й хімічна.

 Руйнування металу під впливом навколишнього середовища називають корозією.

Корозія крім знищення металу негативно впливає на експлуатаційні характеристики деталей, сприяючи всім видам руйнування.

Корозія залежно від характеру навколишнього середовища може бути хімічної й електрохімічної.

Електрохімічна корозія має місце у водяних розчинах, а так само у звичайній атмосфері, де є волога.

Сутність цієї корозії в тім, що іони металу на поверхні деталі, маючи малий зв'язок із глибинними іонами, легко відриваються від металу молекулами води.

Метал, втративши частину позитивно заряджених часток, іонів, заряджається негативно за рахунок надлишкової кількості електронів, що залишилися. Одночасно шар води, що прилягає до металу, за рахунок іонів металу здобуває позитивний заряд. Різниця зарядів на границі метал - вода спричиняється стрибок потенціалу, що у процесі корозії змінюється, збільшуючись від розчинення металу, і зменшуючись від осадження іонів з розчину на металі.

Якщо кількість іонів перехідних у розчин і, що осаджуються на металі однаково, то швидкості розчинення й осадження металу рівний і процес корозії (руйнування металу) не відбувається. Цьому відповідає рівноважний потенціал.

За нульовий потенціал приймають рівноважний потенціал водневого іона у водяному розчині при концентрації позитивних іонів водню, рівний 1 моль іонів + на 1 літр.

Стандартні потенціали інших елементів обмірювані стосовно водневого потенціалу.

Метали, стандартний потенціал яких негативний - кородирують у воді, у якій розчинений кисень тим активніше, ніж негативніше значення електрохімічного потенціалу.

Іони, що йдуть, металу, взаємодіючи з іонами /, утворять гідроксиди, нерозчинні у воді, які називають іржею, а процес їхнього утворення - іржавінням.

Схема іржавіння заліза:

Гідроксид заліза у присутності кисню, розчиненого у воді, перетворюється в. Тому що ця нерозчинна сполука, а рівноважний потенціал не може бути досягнуть і корозія буде тривати до повного руйнування.

Залежно від структури корозія має різний прояв: при однорідному металі - корозія відбувається рівномірно по всій поверхні. При неоднорідному металі - корозія виборча й називається крапкової. Це явище найбільше небезпечно, тому що приводить до швидкого псування всього виробу. Виборча корозія створює вогнища концентрації напруг, що сприяє руйнуванню.

Хімічна корозія може відбуватися за рахунок взаємодії металу з газовим середовищем при відсутності вологи. Продуктом корозії є оксиди металу. Утвориться плівка на поверхні металу товщиною в 1...2 періоду кристалічної решітки. Цей шар ізолює метал від кисню й перешкоджає подальшому окислюванню, захищає від електрохімічної корозії у воді. При створенні корозійностійких сплавів - сплав повинен мати підвищене значення електрохімічного потенціалу й бути по можливості однофазним.

Вплив хрому на потенціал сплавів

Класифікація коррозионно-стійких сталей і сплавів

Корозійна стійкість може бути підвищена, якщо зміст вуглецю звести до мінімуму, якщо ввести легуючий елемент, що утворить із залізом тверді розчини в такій кількості, при якому стрибкоподібно підвищиться електродний потенціал сплаву.

Найважливішими корозійностійкими технічними сплавами є нержавіючі сталі з підвищеним змістом хрому: хромисті й хромонікелеві. На мал. 20.1 показаний вплив кількості хрому в залізо хромистих сплавах на електрохімічний потенціал сплаву.

Хромисті сталі

Зміст хрому повинне бути не менш 13% (13...18%).

Корозійна стійкість пояснюється утворенням на поверхні захисної плівки оксиду.

Вуглець у нержавіючих сталях є небажаним, тому що він збіднює розчин хромом, зв'язуючи його в карбіди, і сприяє одержанню двофазного стану. Чим нижче зміст вуглецю, тим вище корозійна стійкість нержавіючих сталей.

Розрізняють сталі феритного класу 08Х13, 12Х17, 08Х25Т, 15Х28. Стали з підвищеним змістом хрому не мають фазових перетворень у твердому стані й тому не можуть бути піддані загартуванню. Значним недоліком феритних хромистих сталей є підвищена крихкість через крупнокристалічну структуру. Ці сталі схильні до міжкристалічної корозії (по границях зерен) через збідніння хромом границь зерен. Для запобігання цього вводять невелика кількість титану. Міжкристалічна корозія обумовлена тим, що частина хрому біля границь зерна взаємодіє з вуглецем і утворить карбіди. Концентрація хрому у твердому розчині в границь стає менше 13% і сталь здобуває негативний потенціал.

Через схильність до росту зерна феритні стали вимагають строгих режимів зварювання й інтенсивного охолодження зони звареного шва. Недоліком є й схильність до крихкості при нагріванні в інтервалі температур 450…500oС

З феритних сталей виготовляють устаткування азотно-кислотних заводів (ємності, труби).

Для підвищення механічних властивостей феритних хромистих сталей у них додають 2...3 % нікелю. Сталі10Х13Н3, 12Х17Н2 використовуються для виготовлення важконавантажених деталей, що працюють в агресивних середовищах.

Після загартування від температури 1000oC і відпустки при 700…750oІз границю текучості сталей становить 1000 Мпа.

Термічну обробку для феритних сталей проводять для одержання структури більше однорідного твердого розчину, що збільшує корозійну стійкість.

Сталі мартенситного класу 20Х13, 30Х13, 40Х13. Після загартування й відпустки при 180…250oЗі сталі 30Х13, 40Х13 мають твердість 50...60…60 HRC і використовуються для виготовлення різального інструменту (хірургічного), пружин для роботи при температурі 400…450o, предметів домашнього побуту.

Сталі аустенітного класу – високолеговані хромонікелеві сталі.

Нікель - аустенітоутворюючий елемент, що сильно знижує критичні крапки перетворення. Після охолодження на повітрі до кімнатної температури має структуру аустеніту.

Нержавіючі сталі аустенітного класу 04Х18Н10, 12Х18Н9Т мають більше високу корозійну стійкість, кращі технологічні властивості в порівнянні із хромистими нержавіючими сталями, краще зварюються. Вони зберігають міцність до більше високих температур, менш схильні до росту зерна при нагріванні й не втрачають пластичності при низьких температурах.

Хромонікелеві сталі корозійностійкі в окисних середовищах. Основним елементом є хром, нікель тільки підвищує корозійну стійкість.

Для більшої гомогенності хромонікелеві сталі піддають загартуванню з температури 1050…1100oCу воді. При нагріванні відбувається розчинення карбідів хрому в аустеніті. Виділення їх з аустеніту при загартуванні виключено, тому що швидкість охолодження велика. Одержують межу міцності 500...600 МПа, і високі характеристики пластичності, відносне подовження 35...45%.

Зміцнюють аустенітні сталі холодною пластичною деформацією, що викликає ефект наклепу. Границя текучості при цьому може досягти значень 1000...1200 МПа, а межа міцності - 1200...1400 МПа.

Для зменшення дефіцитного нікелю частину його заміняють марганцем (сталь 40Х14Г14Н3Т) або азотом (сталь 10Х20Н4АГ11).

Аустенітно-Феритні сталі 12Х21Н5Т, 08Х22Н6Т є замінниками хромонікелевих сталей з метою економії нікелю.

Властивості сталей залежать від співвідношення феритної і аустенітної фаз (оптимальні властивості одержують при співвідношенні – Ф:А=1:1 ). Термічна обробка сталей включає загартування від температури 1100…1150oC і відпустка-старіння при температурі 500…750oC

Аустенітно-Феритні сталі не піддані корозійному розтріскуванню під напругою: тріщини можуть виникати тільки на аустенітних ділянках, але феритні ділянки затримують їхній розвиток. При кімнатних температурах аустенітно-феритні стали мають твердість і міцність вище, а пластичність і ударну в'язкість нижче, ніж стали аустенітного класу.