Расшифруйте марки сплавов согласно варианту приведите номера ГОСТов и опишите влияние легирующих элементов на свойства сплавов

Расшифруйте марки сплавов согласно варианту, приведите номера ГОСТов и опишите влияние легирующих элементов на свойства сплавов. Для первой колонки в разделе марка сплавов опишите режимы термической обработки для получения заданных свойств и превращения в структуре стали. Постройте условный график термической обработки в координатах «температура-время».
Марка сплавов НВ (МПа)
65Г, 38ХН3МА, Т30К6 320

Сталь 65Г – сталь конструкционная рессорно-пружинная (ГОСТ 14959-79 Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали. Технические условия)
Химический состав, %
C Si
Mn
Ni
S P Cr
Cu
0,62 – 0,7 0,17 – 0,37 0,9 – 1,2 до 0,25 до 0,035 до 0,035 до 0,25 до 0,2

Марганец присутствует практически во всех сталях в количестве от 0,30 % и более. Марганец применяют для удаления из стали кислорода и серы. Марганец благоприятно влияет на качество поверхности во всем диапазоне содержания углерода, за исключением сталей с очень низким содержанием углерода, а также снижает риск красноломкости. Марганец улучшает ковкость и свариваемость сталей.
Марганец не образует своего карбида, а только растворяется в цементите и образует в сталях легированный цементит. Он способствует образованию аустенита и поэтому расширяет аустенитную область диаграммы состояния. Большое содержание марганца (более 2 %) приводит к возрастанию тенденции к растрескиванию и короблению при закалке.
Для стали выбираем термическую обработку, состоящую из закалки с последующим средним отпуском. Температура и продолжительность закалки: поскольку сталь доэвтектоидная (содержит углерода менее 0,8%) ее нагревают под закалку до температуры на 30…50°С выше температуры критической точки Ас3. Для данной стали температура нагрева под закалку составляет 775…795°С. Исходная структура стали феррит + перлит при нагреве стали до температуры закалки (выше Ас3) и выдержке при этой температуре превращается в аустенит. Зерна аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются два процесса: полиморфный переход и растворение цементита в аустените.
Продолжительность выдержки при температуре аустенизации должна обеспечить прогрев детали по сечению и завершение фазовых превращений, но не более, иначе будет происходить нежелательный рост зерна, что в последующем приведет к охрупчиванию материала.
Последующее охлаждение стали производят в масле, чтобы обеспечить скорость оптимальную скорость охлаждения. При такой скорости диффузионный распад аустенита подавляется – аустенит претерпевает только мартенситное превращение. Мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в α-Fe. При закалке не весь аустенит превращается в мартенсит и структура закаленной стали представляет собой мартенсит и остаточный аустенит.
Образование мартенсита в результате закалки приводит к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, но резко возрастает склонность материала к хрупкому разрушению. Кроме мартенсита в стали имеется остаточный аустенит, который вреден в пружинной стали. Поэтому его содержание должно быть минимальным.
Специфическим в термической обработке рессорных пружин является применение после закалки отпуска при температуре 400…500°С. Это необходимо для получения наиболее высокого предела упругости, величина которого при более низкой или более высокой температуре отпуска получается недостаточной. Также средний отпуск обеспечивает высокий предел выносливости и релаксационную стойкость. Охлаждение после отпуска следует проводить в воде, что способствует образованию на поверхности сжимающих остаточных напряжений, которые увеличивают предел выносливости пружин. При температуре отпуска образуется структура троостита, который является смесью феррита и зернистого цементита.
График термической обработки представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. График термической обработки заданной стали

Сталь 38ХН3МА – сталь конструкционная легированная высококачественная (ГОСТ 4543-71 Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия).
Химический состав, %
C Si
Mn
Ni
S P Cr
Mo
Cu
0,33 – 0,4 0,17 – 0,37 0,25 – 0,5 2,75 – 3,25 до 0,025 до 0,025 0,8 – 1,2 0,2 – 0,3 до 0,3

Никель придает стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивает прокаливаемость, оказывает влияние на изменение коэффициента теплового расширения.
Хром – это один из важнейших легирующих элементов сталей. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил. Хром повышает способность сталей к термическому упрочнению, их стойкость к окислению, обеспечивает повышение прочности при повышенных температурах.
Молибден – растворяясь в цементите, противодействует росту зерна, повышает твердость вследствие образования карбидов, уменьшает склонность стали к хрупкости при отпуске, повышает жаростойкость стали.
Сплав Т30К6 – металлокерамический сплав (ГОСТ 3882-74. Сплавы твердые спеченные. Марки), состоящий из зерен твердого раствора карбида вольфрама в карбиде титана и избыточных зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом. Данный сплав содержит 6% кобальта, 30% карбида титана, остальное – карбид вольфрама.
С увеличением содержания кобальта растет вязкость сплава, но снижается твердость и износостойкость. Укрупнение зерен карбида вольфрама повышает вязкость сплава, но снижает твердость.

78. Диаграмма изотермического превращения аустенита

Рисунок 4. Диаграмма изотермического превращения аустенита эвтектоидной стали
Распад аустенита на феррито-карбидную смесь – диффузионный процесс, связанный с перераспределением углерода и железа, т.е. с диффузионным перемещением атомов на значительные расстояния, намного превышающие период решетки аустенита.
На рисунке 4 представлена диаграмма изотермического превращения аустенита. Для углеродистых сталей время до начала распада аустенита очень мало, и критическая скорость достигается только при охлаждении в воде или в водных растворах солей.
При медленном охлаждении аустенита происходит его превращение в перлит (смесь феррита и цементита). Распадение аустенита происходит по следующим этапам:
превращение γ-железа в α-железо, т.е. перегруппировка атомов из решетки гранецентрированного куба γ-железа в решетку центрированного куба α-железа с одновременным смещением атомов углерода, находящихся в твердом растворе γ-железа;

Рисунок 5. Микроструктура и получение перлита, сорбита и троостита
выделение из твердого раствора (аустенита) мельчайших частиц цементита (Fe3C);
укрупнение частиц цементита до пластинок, размеры которых измеряются от малых долей микрона до нескольких микронов.
Структура и свойства продуктов превращения аустенита зависят от температуры, при которой происходи процесс распада (рисунок 5). Если превращение происходит при высоких температурах (низкая степень охлаждения, малая степень переохлаждения), получается грубая смесь феррита и цементита, которая называется перлитом. Понижение температуры превращения вызывает образование смеси более тонкого строения (меньшая скорость роста кристаллов цементита), которая называется сорбит. При еще более низкой температуре образуется троостит – структура более дисперсная. Т.о. перлит, сорбит и троостит представляют собой ферритно-цементитные смеси различной дисперсности, имеющие пластинчатое строение.
Твердость и прочность ферритно-цементитной смеси прямо пропорциональны дисперсности фаз: чем дисперснее структура, тем выше твердость и прочность.
Мартенсит – упорядоченный пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в α-железо. Если в равновесном состоянии растворимость углерода в α-железе при 20°С не превышает 0,002%, то его содержание в мартенсите может быть таким же, как в исходном аустените (т.е. может достигать 2,14%).
Образование мартенсита в стали может произойти только в том случае, если аустенит быстро охлажден до низких температур, когда диффузионные процессы становятся невозможными, т.е. становится невозможным самопроизвольное перераспределение атомов углерода и железа в решетке аустенита. Он появляется в переохлажденном аустените при 230°С.
Концентрация углерода в мартенсите такая же, как в исходном аустените, т.е. мартенситное превращение не сопровождается изменением состава твердого раствора, а осуществляется путем сдвига атомов в процессе перестройки решетки. Упорядоченное размещение атомов углерода, произошедшее в результате мартенситного сдвига, превращает объемно-центрированную решетку α-железа из кубической в тетрагональную. Искажение решетки около внедренных атомов вызывает упрочнение. Высокая твердость мартенсита объясняется тем, что искажение элементарной кристаллической ячейки затрудняет пластическую деформацию, образование сдвигов в мартенсите почти невозможно. Чем выше концентрация углерода в стали, тем больше искаженность тетрагональной решетки мартенсита и больше его твердость.

Вариант 50
20. По диаграмме состояний «железо – цемент» опишите, какие структурные превращения будут происходить при медленном охлаждении из жидкого состояния сплава с заданным содержанием углерода. Охарактеризуйте этот сплав. Количество углерода 1,3%.
Диаграмма состояния железо-цементит представлена на рисунке 1. Компонентами в данной системе являются железо, углерод и цементит.
В сплавах системы «железо — углерод» встречаются следующие фазы:
1. Жидкий раствор.
2. Твердые растворы на основе различных кристаллических модификаций железа (феррит, аустенит).
3. Химическое соединение Fe3C (цементит).
4. Структурно-свободный углерод (графит).
Жидкая фаза представляет собой неориентированный раствор железа и углерода, распространяющийся выше линии ликвидус АВСD.
Ферритом (Ф) называется твердый раствор углерода в α-железе. Феррит занимает на диаграмме узкую область, примыкающую к железу – GPQ. Раствор углерода в высокотемпературном δ-железе называется дельта ферритом. Область устойчивости дельта феррита AHN.
Аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе. Однофазная область аустенита на диаграмме ограничена линией NJESG.
Цементит (Ц) может образовываться из жидкой и твердой фаз при различных температурах. Цементит, выделяющийся из жидкой фазы, называется первичным (ЦI), из аустенита – вторичным (ЦII), а из феррита – третичным (ЦIII).
Перлит (П) [Ф+Ц] – механическая смесь (эвтектоид, т. е. подобный эвтектике, но образующийся из твердой фазы) феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода.
Ледебурит (Л) [А+Ц] – механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита, содержащая 4,3% углерода.

Рисунок 1. Диаграмма состояния «железо-углерод» с обозначением линии

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

два + шесть =

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock detector