Металловедение Контрольная работа (стр. 1 )

Металловедение
Контрольная работа

1. Интервал отжигаемости стали 9ХС 780-800 °С. Как изменятся структура и свойства стали, если при отжиге на зернистый перлит сталь нагрели до 820 °С?

9ХС - легированная конструкционная сталь, углерод - 0,9%, хром до 1,5%,кремний до 1,5%

Температура критических точек: Ac1 = 770 , Ac3(Acm) = 870 , Ar1 = 730 , Mn = 160

Нагрев по закалку заэвтектоидной стали 9ХС должен осуществляться до  840-860°С, затем закалка в масло.

Отжиг на зернистый перлит – до температуры 500-600С.

В итоге, в результате нагрева до 780-800 °С мы практически растворим цементит м переведем углерод в твердый раствор. Т. е. температура 780-800 °С это аустенитная область.

2. Предложить режим термообработки стали 50 для получения твёрдости 38-42 HRC и высокого предела упругости.

Механические свойства стали 50 в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска, °С	у0,2 (МПа)	ув(МПа)	д5 (%)	ш %	KCU (Дж / см2)	HB
Диаметр заготовки 40 мм. Закалка 840 °С, вода.
400 500 600	600 530 450	830 760 680	14 15 17	50 56 64	64 88 139	240 215 190
Диаметр заготовки 60 мм. Закалка 840 °С, вода.
400 500 600	550 490 420	770 710 630	14 15 19	48 55 63	56 70 108	217 200 180
у4001/10000 = 100 МПа, у5001/10000= 50 МПа, у4001/100000 = 30 МПа, у5001/100000= 260 МПа

Применим: закалка от 850С в воде и отпуск при температуре 350-400° в течение 45-60 мин. Твёрдость 40 -45 HRC

3. Отливку из стали 110Г13Л нагрели под закалку вместо 1050-1100 °С до 1250 °С. Как это повлияет на механические свойства и износостойкость стали? Как повысить износостойкость стали?

Сталь 110Г13Л (Сталь Гадфильда) относится к износостойким (с высоким сопротивлением износу при больших давлениях или ударных нагрузках) литейным сталям аустенитного класса. Предложена в 1882 году английским металлургом Р. Гадфильдом. Обозначение марки стали в соответствии с ГОСТ 2176—77 (ГОСТ 977-88) — 110Г13Л. Сталь Гадфильда сильно наклёпывается при ударных нагрузках. Отливки из стали редко подвергаются дополнительной обработке, так как она плохо обрабатывается резанием из-за наклепа поверхности в процессе резания.

Для изготовления фасонных отливок наибольшее распространение получили износостойкие стали 110Г13Л, а также 120Г13Х2БЛ, 130Г4ХМФАЛ (ГОСТ 977-88). Сталь 110Г13Л по структуре относится к аустенитному классу. Устойчивая аустенитная структура образуется в Fe-Мп-С сплавах, содержащих 1-1,3 % С и 9-15 % Mn. Медленно охлажденные сплавы этого состава состоят из аустенита и карбид­ной фазы переменного состава (Fe, Мn)3С. Аустенит представляет собой твердый раствор замещения марганца в железе, в котором углерод находится между узлами кристаллической решетки. Отливки подвергают закалке путем нагрева до 1050—1100 °С и последующего быстрого охлажде­ния в холодной воде. После термической обработки сталь 110Г13Л немагнитна, приобретает высокие свойства: ув = 800-1000 МПа; ут = 250-700 МПа; уВ/уТ = 30 - 40%; = 40 -55 %; = 35-45 %; КСV = 2000-3000 кДж/м2; 180—220 НВ.

Уникальным свойством стали является высокое сопротивление износу при работе в условиях ударных или высоких статических нагрузок,,когда сталь наклёпывается и твердость ее возрастает до 600 НB. Упрочнение стали при наклепе вызывается дроблением зерна аустенита, выпадением дисперсных карбидов, а также пре­вращением аустенита в мартенсит по плоскостям сдвигов. Склон­ность к наклепу делает эту сталь труднообрабатываемой. Специ­фические свойства стали 110Г13Л определили практическую область ее применения. Из этой стали отливают сердечники стре­лочных переводов и крестовины трамвайных путей, сменные де­тали щековых и конусных дробилок, экскаваторов и многих других машин.

Стандарт допускает значительные колебания химического со­става, %: 11,5—15 Mn; 0,9—1,4 С; 0,3—1 Si; до 0,12 Р; до 0,05 S. Химический состав зависит от назначения, типа и специфических требований, предъявляемых к изделиям. Для стали 110Г13Л оптимально отношение Mn/С = 10. Повышение содержания угле­рода уменьшает пластичность, а понижение - износостойкость. Увеличение содержания кремния желательно для повышения износостойкости, но вызывает образование трещин. Фосфор и сера отрицательно влияют на эксплуатационные и технологиче­ские свойства, поэтому их содержание должно быть мини­мальным.

Необычно высокое содержание фосфора (до 0,12 %) обуслов­лено тем, что значительная часть его неизбежно вносится в сталь на заключительном этапе плавки при легировании стали марганцем. Обычно это осуществляют путем присалдки ферромарганца, в обычных сортах которого концентрация фосфора составляет 0,35-0,55 %.Исследования показали, что фосфор оакзывает вредное влияние на свойства стали 110Г13Л, особенно на её пластические свойства. Так, каждая 0,01 % фосфора в пределах марочного состава снижает ударную вязкость на 0,3 мДж/м2, а относительное удлинение - на 1 %. Поэтому при изготовлении особо ответственных отливок легирование стали марганцем следует специальными марками ферромарганца с низким содержанием фос­фора, хотя они существенно дороже.

Марка :	110Г13Л
Классификация :	Сталь для отливок легированная с особыми свойствами
Дополнение:	Сталь обладает высоким сопротивлением к износу при одновременном воздействии высоких давлений или ударных нагрузок.
Применение:	корпуса вихревых и шаровых мельниц, щеки и конуса дробилок, зубья и передние стенки ковшей экскаваторов, железнодорожные крестовины и др. тяжелонагруженные детали, работающие под действием статических и высоких динамических нагрузок и от которых требуется высокая износостойкость. Cталь аустенитного класса.

Буква Л в конце стали обозначает, что она литейная.

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr
0.9 - 1.5	0.3 - 1	11.5 - 15	до 1	до 0.05	до 0.12	до 1

Механические свойства

t испытания, °C	у0,2 МПа	ув МПа	д %
+20	360-380	654-830	34-53

Все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал существования его аллотропических модификаций, т. е. сдвигают точки А3 и А4 по температурной шкале. Большинство элементов или повышают точку А4 и снижают точку А3, расширяя тем самым область существования г-модификации или понижают А4 и повышают А3, сужая область существования г-модификации.

Схема диаграмм состояния железо - легирующий элемент [Гуляев стр. 342]

Легированные стали применяются очень широко. Их использование обусловлено, как правило, теми свойствами, которые им придают специально добавленные легирующие элементы. Легированные стали, в зависимости от примесей и их количества, имеют различную структуру, определяющую не только их свойства, но также и классификацию легированной стали на различные структурные классы.

По мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в перлитной области возрастает, а температурная область мартенситного превращения снижается. Легированные стали аустенитного класса имеют пониженную температуру распада аустенита – он сохраняется даже при комнатной температуре. Для них увеличение содержания углерода и легирующих элементов обеспечивает сдвиг вправо область перлитного распада, а также снижает мартенситную точку, переводя ее в область отрицательных температур (рис. 1).

Рис. 1. Диаграмма изотермического распада аустенита

Марганец вводят в стали как технологическую добавку для повышения степени их раскисления и устранения вредного влияния серы. Марганец считается технологической примесью, если его содержание, не превышает 0,8% и существенного влияния на свойства стали не оказывает. Если марганца более 1%, то он рассматривается как легирующий элемент.

Высокомарганцовистая аустенитная сталь 110Г13Л, или стали Гадфильда, является наиболее распространенной износостойкой сталью. Выбор марганца обусловлен тем, что марганец увеличивает ударную вязкость, расширяет аустенитную область, способствует раскислению и т. д. Введение его в сталь, дает возможность образования марганцевого аустенита, который обладает высокой способностью к наклепу в процессе холодной пластической деформации. Как правило, отношение Мn:С должно быть не менее 10. Благодаря высокому содержанию углерода и марганца сталь 110Г13Л обладает относительно устойчивой аустенитной структурой. Высокая износостойкость стали 110Г13Л объясняется тем, что в процессе наклепа аустенит в верхнем слое превращается в мартенсит. По мере износа этого слоя, мартенсит образуется в следующем слое и т. д.

Главным достоинством стали 110Г13Л является то, что в ней износостойкость при ударном нагружении сочетается с высокой пластичностью и вязкостью, свойственной аустениту.