Конструкционные легированные стали

 
 
 

Содержание

Введение                                                                                          

Легированные стали                                                                                    

Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали  

Таблицы                                                                                            

Заключение                                                                                                    

Список используемой литературы

Введение

Введение. Задачи курса.

Материаловедение - научная дисциплина о структуре, свойствах и назначении материалов. Свойства технических материалов формируются  в процессе их изготовления. При  одинаковом химическом составе, но разной технологии изготовления, образуется разная структура, и вследствие, свойства.  
Цель настоящей дисциплины - изучение закономерностей формирования структуры и свойств материалов методами их упрочнения для эффективного использования в технике.  
Основная задача дисциплины - установить зависимость между составом, строением и свойствами, изучить термическую, химико-термическую обработку и другие способы упрочнения, сформировать знания о свойствах основных разновидностей материалов.

Легированные стали

Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами, а стали – легированными.

Cодержание легируюшихх  элементов может изменяться в  очень широких пределах: хром  или никель – 1% и более процентов; ванадий, молибден, титан, ниобий – 0,1… 0,5%; также кремний и марганец – более 1 %. При содержании легирующих элементов до 0,1 % – микролегирование.

В конструкционных  сталях легирование осуществляется с целью улучшения механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того меняются физические, химические, эксплуатационные свойства.

Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому  их использование должно быть строго обоснованно.

Достоинства легированных сталей:

1. особенности обнаруживаются в термически обработанном состоянии, поэтому изготовляются детали, подвергаемые термической обработке;

2. улучшенные легированные  стали обнаруживают более высокие  показатели сопротивления пластическим  деформациям ;

3. легирующие элементы  стабилизируют аустенит, поэтому прокаливаемость легированных сталей выше;

4. возможно использование  более «мягких» охладителей (снижается  брак по закалочным трещинам  и короблению), так как тормозится  распад аустенита;

5. повышаются запас  вязкости и сопротивление хладоломкости, что приводит к повышению надежности деталей машин.

Недостатки:

1. подвержены обратимой  отпускной хрупкости II рода;

2. в высоколегированных  сталях после закалки остается  аустенит остаточный, который снижает  твердость и сопротивляемость  усталости, поэтому требуется дополнительная обработка;

3. склонны к дендритной  ликвации, так как скорость диффузии  легирующих элементов в железе  мала. Дендриты обедняются, а границы  – междендритный материал –  обогащаются легирующим элементом.  Образуется строчечная структура после ковки и прокатки, неоднородность свойств вдоль и поперек деформирования, поэтому необходим диффузионный отжиг.

4. склонны к образованию  флокенов.

Флокены – светлые  пятна в изломе в поперечном сечении  – мелкие трещины с различной  ориентацией. Причина их появления – выделение водорода, растворенного в стали.

При быстром охлаждении от 200o водород остается в стали, выделяясь  из твердого раствора, вызывает большое  внутреннее давление, приводящее к  образованию флокенов.

Меры борьбы: уменьшение содержания водорода при выплавке и снижение скорости охлаждения в интервале флокенообразования.

Легированные конструкционные  стали

Легированные стали  широко применяют в тракторном и  сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных металлоконструкций.

Стали, в которых  суммарное количество содержание легирующих элементов не превышает 2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% - к легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более 45%).

Наиболее широкое  применение в строительстве получили низколегированные стали, а в  машиностроении - легированные стали.

Легированные конструкционные  стали маркируют цифрами и  буквами. Двухзначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее  содержание углерода в сотых долях  процента, буквы справа от цифры  обозначают легирующий элемент. Пример, сталь 12Х2Н4А содержит 0.12% С, 2% Cr, 4% Ni и относится к высококачественным, на что указыКонструкционные (машиностроительные) цементируемые (нитроцементуемые) легированные стали

Для изготовления деталей, упрочняемых цементацией, применяют  низкоуглеродистые (0.15-0.25% С) стали. Содержание легирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины.

Хромистые стали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших изделий простой формы, цементируемых на глубину 1.0-1.5мм. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при некоторой меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в цементируемом слое., чувствительна к перегреву, прокаливаемость невелика.

Сталь 20Х - sв=800МПа, s0.2=650МПа, d=11%, y=40%.

Хромованадиевые стали. Легирование хромистой стали  ванадием (0.1-0.2%) улучшает механические свойства (сталь 20ХФ). Кроме того, хромованадиевые  стали менее склонны к перегреву. Используют только для изготовления сравнительно небольших деталей.

Хромоникелевые стали  применяются для крупных деталей  ответственного значения, испытывающих при эксплуатации значительные динамические нагрузки. Повышенная прочность, пластичность и вязкость сердцевины и цементированного слоя. Стали малочувствительны к перегреву при длительной цементации и не склонны к перенасыщению поверхностных слоев углеродом

Сталь 12Х2Н4А - sв=1150МПа, s0.2=950МПа, d=10%, y=50%.

Хромомарганцевые  стали применяют во многих случаях  вместо дорогих хромоникелевых. Однако они менее устойчивы к перегреву и имеют меньшую вязкость по сравнению с хромоникелевыми.

В автомобильной и  тракторной промышленности, в станкостроении применяют стали 18ХГТ и 25ХГТ.

Сталь 25ХГМ - sв=1200МПв, s0.2=1100МПа, d=10%, y=45%.

Хромомарганцевоникелевые  стали. Повышение прокаливаемости  и прочности хромомарганцевых сталей достигается дополнительным легированием их никелем.

На ВАЗе широко применяют  стали 20ХГНМ, 19ХГН и 14ХГН.

После цементации эти  стали имеют высокие механические свойства.

Сталь 15ХГН2ТА - sв=950МПа, s0.2=750МПа, d=11%, y=55%.

Стали, легированные бором. Бор увеличивает прокаливаемость  стали, делает сталь чувствительной к перегреву.

В промышленности для  деталей, работающих в условиях износа при трении, применяют сталь 20ХГР, а также сталь 20ХГНР.

Сталь 20ХГНР - sв=1300МПа, s0.2=1200МПа, d=10%, y=09%.

Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали.

Они классифицируются:

• по химическому составу ( углеродистые и легированные);
• по обработке (цементуемые, улучшаемые);
• по назначению (пружинные, шарикоподшипниковые).

 

Стали имеют высокий  предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при многократном приложении нагрузок, высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости. Кроме того, улучшаемые стали обладают хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости.

При полной прокаливаемости  сталь имеет лучшие механические свойства, особенно сопротивление хрупкому разрушению - низкий порог хладноломкости, высокое значение работы развития трещины КСТ и вязкость разрушения К1с.

Хромистые стали 30Х, 38Х, 40Х и 50Х применяют для средненагруженных  деталей небольших размеров. С  увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость. Прокаливаемость хромистых сталей невелика.

Сталь 30Х - sв=900МПа, s0.2=700МПа, d=12%, y=45%.

Хромомарганцевые  стали. Совместное легирование хромом (0.9-1.2%) и марганцем (0.9-1.2%) позволяет  получить стали с достаточно высокой  прочностью и прокаливаемостью (40ХГ). Однако хромомарганцевые стали имеют пониженную вязкость, повышенный порог хладноломкости (от 20 до -60°С), склонность к отпускной хрупкости и росту зерна аустенита при нагреве.

Сталь 40ХГТР - sв=1000МПа, s0.2=800МПа, d=11%, y=45%.

Хромокремнемарганцевые  стали. Высоким комплексом свойств  обладают хромокремнемарганцевые стали (хромансил). Стали 20ХГС, 25ХГС и 30ХГС  обладают высокой прочностью и хорошей  свариваемостью. Стали хромансил  применяют также в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций (самолетостроение). Стали хромансил склонны к обратимой отпускной хрупкости и обезуглероживанию при нагреве.

Сталь 30ХГС - sв=1100МПа, s0.2=850МПа, d=10%, y=45%.

Хромоникелевые стали  обладают высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Они применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при динамических и вибрационных нагрузках.

Сталь 40ХН - sв=1000МПа, s0.2=800МПа, d=11%, y=45%.

Хромоникелемолибденовые стали. Хромоникелевые стали обладают склонностью к обратимой отпускной  хрупкостью, для устранения которой  многие детали небольших размеров из этих сталей охлаждают после высокого отпуска в масле, а более крупные  детали в воде для устранения этого дефекта стали дополнительно легируют молибденом (40ХН2МА) или вольфрамом.

Сталь 40ХН2МА - sв=1100МПа, s0.2=950МПа, d=12%, y=50%.

Хромоникелемолибденованадиевые  стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью и  низким порогом хладноломкости. Этому способствует высокое содержание никеля. Недостатками сталей являются трудность их обработки резанием и большая склонность к образованию флокенов. Стали применяют для изготовления наиболее ответственных деталей турбин и компрессорных машин.

Сталь 38ХН3МФА - sв=1200МПа, s0.2=1100МПа, d=12%, y=50%.

Заключение

Все металлы и сплавы, применяемые в настоящее время  в технике, можно разделить на две основные группы. К первой из них относят черные металлы - железо и все его сплавы, в которых  оно составляет основную часть. Этими сплавами являются чугуны и стали. Ко второй группе относят цветные металлы и их сплавы. Они получили такое название потому, что имеют различную окраску.

Однако более широкое  применение имеют сплавы металлов. К сплавам относятся системы, состоящие из двух или несколькихметаллов, а также из металлов и неметаллов, обладающие свойствами, присущими металлическому состоянию.

Сплавы чаще всего  обладают более ценными свойствами, чем чистые металлы. Большое значение имеют различные виды сталей (с глав железа с углеродом): используя легирующие элементы (хром, никель, ванадий, молибден, вольфрам, титан, марганец и др.), можно получать сплавы с заданными свойствами.

Механические  свойства качественной конструкционной  стали