Конструкционные стали и сплавы.
Конструкционные стали могут быть углеродистыми и легированными. Содержание углерода в этих сталях не превышает 0,5 - 0,6%, но иногда может достигать 0,8 - 0,85%.
Углеродистые конструкционные стали
Углеродистые конструкционные стали подразделяют на стали обыкновенного качества и качественные. В зависимости от условий и степени раскисления различают несколько видов сталей.
Спокойные стали (при маркировке дополнительно обозначаются сп) получают полным раскислением металла. Они содержат минимальное количество закиси железа, что обеспечивает "спокойное" застывание металла в изложнице (Ст1сп, Ст2 сп,...,Ст6сп).
Кипящие стали (~0,05-0,07%Si) полностью нераскислены, поэтому до затвердевания в них содержится повышенное количество FeО. При застывании FeО реагирует с углеродом металла, образуя СО, выделяющийся в виде пузырьков в металле и создающий впечатление, что металл кипит. Слиток кипящей стали отличается большим количеством газовых пузырей, вследствие чего практически в нем отсутствует усадочная раковина. Кипящие стали более дешевые, но склонны к хладноломкости и хуже свариваются. Они обладают высокой пластичностью и хорошо подвергаются вытяжке в холодном состоянии. При маркировке дополнительно обозначают кп (Ст1кп, Ст2 кп,...,Ст6кп)..
Полуспокойные стали - это стали промежуточного типа. При маркировке дополнительно обозначают пс .
Стали обыкновенного качества наиболее дешевые, поэтому их широко применяют. По сравнению с качественными сталями в процессе выплавки они меньше очищаются от вредных примесей (содержат больше серы и фосфора).
В зависимости от назначения и гарантируемых свойств стали обыкновенного качества подразделяют на три группы
Группа А - это стали, поставляемые по механическим свойствам без уточнения их химического состава. Их обозначают буквами Ст (сталь) и цифрами 1, 2, 3, ..., 6. Чем больше это число, тем больше содержание углерода, а следовательно, выше прочность (sв, s0,2) и ниже пластичность (d, y).
Группа Б - это стали, поставляемые с гарантируемым химическим составом. В обозначении марки сталей впереди ставится буква Б.
Группа В - это стали повышенного качества, Их поставляют с гарантированным химическим составом и механическими свойствами, В обозначение марки вводится буква В (ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт5).
Стали групп Б и В применяют в тех случаях, когда при производстве изделий используется сварка, горячая деформация или изделие необходимо упрочнять термической обработкой. Механические свойства стали обыкновенного качества могут быть значительно повышены термической обработкой (закалкой в воде или нормализацией), а также термической обработкой в процессе горячей прокатки.
Для многих конструкций и машин, работающих в северных районах, большое значение приобретает температура переходя стали в хрупкое состояние. Порог хладноломкости для наиболее распространенной мартеновской стали Ст3 (листовая сталь) находится для кипящей стали при 0оС и спокойной при -40оС. Поэтому применение кипящей, а также полуспокойной стали для северных районов страны недопустимо.
Качественные углеродистые стали выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки. К ним предъявляют более высокие требования по химическому составу: содержание серы <0,04%, фосфора <0,035-0,04%, а также меньшее количество неметаллических включений, регламентированные макро и микроструктура.
Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10,15, 20, ..., 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.
Низкоуглеродистые стали 15, 20, 25 применяют без термической обработки или в нормализованном виде.
Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50 применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для самых разнообразных деталей. После улучшения стали 40, 45, 50 имеют следующие механические свойства: sв = 600-700, s0,2 = 400 - 600 МПа, y = 50 -:40 % и ан= 0,4-0,5 МДж/м2. Прокаливаемость сталей невелика. Критический диаметр после закалки в воде не превышает 10 - 12 мм (95% мартенсита).
Стали 60, 65, 70, 80 обладают более высокой прочностью, износостойкостью и упругими свойствами; применяют их после закалки и отпуска, нормализации и отпуска и поверхностной закалки.
Легирующие элементы в конструкционных сталях.
Основными легирующими элементами конструкционных сталей являются Cr, Ni, Si и Mn. W, Mo, V, Ti, B и другие легирующие элементы вводят в сталь в сочетании с Cr, Ni и Mn для дополнительного улучшения свойств. Большинство конструкционных сталей относятся к перлитному классу, а в равновесном состоянии - к группе доэвтектоидных.
Легирующие элементы повышают устойчивость мартенсита против отпуска и задерживают коагуляцию карбидов.
После одинаковой температуры отпуска легированная сталь будет иметь более высокую прочность (твердость), но несколько меньшую пластичность и вязкость, чем углеродистая. Легирующие элементы упрочняют ферритную основу (в том числе и за счет сохранения большей плотности дефектов строения) и увеличивают дисперсность карбидных частиц.
Маркировка легированных конструкционных сталей. Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами (например, 15Х, 40ХФА, 12ХНЗА, 20Х2Н4Л, 18ХГТ и т. д.). Двузначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента; буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент: А - азот, Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, Е - селен, К - кобальт, Н - никель, М - молибден, П - фосфор, Р - бор, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, Х - хром, Ц - цирконий, Ч - редкоземельный, Ю - алюминий. Цифры после букв указывают примерное содержание соответствующего легирующего элемента в целых процентах; отсутствие цифры указывает, что оно составляет ~1-1,5% и менее. Основная масса легированных конструкционных сталей выплавляется качественными (не более 0,035% серы и фосфора, каждого).
Высококачественные стали содержат меньше вредных примесей(<0,025%S и <0,025%Р), что обозначают буквой А, помещенной в конце марки.
Класс легированных конструкционных сталей весьма широк. Сюда относятся: конструкционные строительные низколегированные стали, автоматные стали (стали повышенной и высокой обрабатываемости резанием), различные типы конструкционных машиностроительных цементуемых или нитроцементуемых легированных сталей (хромистые - 15Х, 20Х, хромованадиевые, хромоникелевые - 12ХН3А, 20ХН3А, хромомарганцевые - 18ХГТ, 25ХГТ, хромомарганцевоникелевые -14ХГН, 19ХГН, 15ХГН2ТА, легированные бором - 20ХГР, 20ХГНР), улучшаемые легированные стали (40Х, 40ХН, 40хн2МА) и др. Рассмотрим некоторые классы сталей подробнее.
Мартенситностареющие высокопрочные стали.
Мартенситностареющие стали представляют собой сплавы железа с никелем (8-20%), содержащие во многих случаях Мо. Содержание углерода в них <0,03%,(С и N - вредные примеси, снижают пластичность и вязкость). Для протекания процесса старения в мартенсите сплавы дополнительно легируют Ti, Al, Nb, Co. Упрочнение этих сталей достигается в результате получения мартенситной структуры в процессе закалки и старения мартенсита.
При старении в мартенсите образуются сегрегации в узлах дислокационной сетки, области с упорядоченной структурой или выделяется дисперсные когерентно связанные с матрицей фазы: NiTi, Ni3Ti, NiAl, (Ni, Fe)Al, Ni3(Al, Ti), (Fe, Ni, Co)2Mo, Fe2Mo и др.
Широкое применение получила мартенситностареющая сталь Н18К9М5Т. Сталь закаливают на воздухе с 820-850оС. После закалки структура - безуглеродистый мартенсит. Низкая прочность, но высокая пластичность и вязкость. Хорошая обрабатываемость. sв=1100-1200 МПа, s0,2= 950-1100 МПа, d=18-20%, y=70-80%, ан=2-2,5 МДж/м2.
Старение при 480-520оС повышает прочность, но снижает пластичность и вязкость. Сталь имеет высокий предел упругости (s0,002=1500 МПа), из нее делают пружины.
Высокопрочные трипстали (ПНП стали) (пластичность, наведенная превращением).
Разработан новый класс аустенитных сталей, получивших название трипсталей. Эти стали обладают высоким комплексом механических свойств. Трипстали содержат 0,2-0,3%С, 8-10%Cr, 8-25%Ni, 4%Мо, 1-2,5%Mn, а также до 2%Si. Отличительной особенностью этих сталей является то, что у них точка мартенситного превращения Мн лежит при отрицательной температуре, а Мд (начало образования мартенсита деформации) при температуре выше комнатной. Для придания стали высоких механических свойств после закалки с 1000-1100оС на аустенит ее деформируют при 450-600оС. В процессе деформации аустенит претерпевает наклеп и обедняется углеродом, за счет выделения карбидов (дисперсионное упрочнение). При этом и создается такое положение мартенситных точек, когда Мн ниже комнатной, а Мд выше. После такой обработки свойства: sв=1800-2000 МПа, s0,2= 1400-1700 МПа, d=100 -150%.
Высокая пластичность объясняется тем, что в процессе испытания на растяжение, когда происходит локализация деформации, аустенит в этом месте превращается в мартенсит, упрочняющий образец, и деформация сосредотачивается в соседних объемах аустенита. Следовательно, превращение аустенита в процессе испытания в мартенсит деформации исключает возможность образования "шейки", что объясняет высокую пластичность.
Коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы
Коррозией называют, разрушение металлов под действием окружающей среды.
Различают химическую коррозию, протекающую при воздействии на металл газов нефти или ее продуктов, и электрохимическую коррозию, вызываемую действием электролитов (кислот, щелочей и солей). К электрохимической коррозии относятся также атмосферная коррозия.
Существует несколько видов электрохимической коррозии. Наиболее опасна так называемая интеркристаллитная коррозия, распространяющаяся по границам зерен, резко снижая при этом механические свойства. Кроме того, различают коррозию под напряжением, которая возникает при одновременном действии коррозионной среды и, обычно напряжений растяжения.
Сталь, устойчивую против газовой коррозии при высоких температурах (свыше 550оС), называют жаростойкой. Стали, устойчивые против электрохимической коррозии, называют коррозионностойкими (нержавеющими). Повышение устойчивости стали против коррозии достигается введением в нее элементов, образующих на поверхности защитные пленки, прочно связанные с основным металлом и предупреждающие контакт между сталью и наружной агрессивной средой, а также повышающих электрохимический потенциал в разных агрессивных средах.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
Основные порталы (построено редакторами)