Легированные стали

Маркировка легированных сталей состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав. По ГОСТ 4543-71 принято обозначать хром - X, ни­кель - Н, марганец - Г, кремний-С, мо­либден-М, вольфрам-В, титан-Т, ва­надий-Ф, алюминий - Ю, медь-Д, нио­бий - Б, бор-Р, кобальт-К. Цифра, стоящая после буквы, указывает на при­мерное содержание легирующего элемента в процентах. Если цифра отсут­ствует, то легирующего элемента мень­ше или около 1 %.

Две цифры в начале марки конструк­ционной легированной стали показы­вают содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 20ХНЗА в среднем содержит 0,20%С, 1 % Сг и 3 % Ni. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Особовысококачественные стали имеют в конце марки букву Ш.

Некоторые группы сталей содержат дополнительные обозначения: марки шарикоподшипниковых сталей начи­наются с буквы Ш, электротехниче­ских - с буквы Э, автоматных - с буквы А.

Влияние легирующих элементов на ме­ханические свойства сталей

Легирую­щие элементы вводят для повышения конструкционной прочности стали. Легированные стали производят каче­ственными, высококачественными или особовысококачественными. Их приме­няют после закалки и отпуска, посколь­ку в отожженном состоянии они по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых.

Улучшение механических свойств обусловлено влиянием легирующих эле­ментов на свойства феррита, дисперс­ность карбидной фазы, устойчивость мартенсита при отпуске, прокаливаемость, размер зерна.

В конструкционных сталях феррит — основная структурная составляющая (не менее 90% по объему), во многом опре­деляющая их свойства. Легирующие элементы, растворяясь в феррите, упрочняют его. Наиболее сильно повы­шают твердость медленно охлажденно­го феррита кремний, марганец, никель, т. е. элементы, имеющие отличную от него кристаллическую решетку.

К важнейшим факторам, способ­ствующим повышению конструкцион­ной прочности, относятся снижение при легировании критической скорости за­калки и увеличение прокаливаемости. Наиболее эффективно повышает прокаливаемость введение нескольких элемен­тов : Cr + Mo, Cr + Ni, Cr + Ni + Mo и др. При комплексном легировании высокие механические свойства можно получить практически в сечении любого размера, поэтому комплексно-легиро­ванные стали применяют для крупных деталей сложной формы. Большинство легирующих элементов измельчает зерно, что способствует по­вышению работы развития трещины и снижению порога хладноломкости.

Для обеспечения вы­сокой конструкционной прочности коли­чество легирующих элементов в стали должно быть рациональным. После до­стижения необходимой прокаливаемости избыточное легирование (за исклю­чением никеля) снижает трещиностойкость и облегчает хрупкое разрушение.

Лекция 9 Цветные сплавы Медные сплавы

Свойства меди. Медь металл красновато-розового цвета; кристаллическая ГЦК решетка, поли­морфных превращений нет. Медь менее тугоплавка, чем железо, но имеет большую плотность. Медь обладает хорошей технологич­ностью. Она прокатывается в тонкие листы, ленту. Из меди получают тонкую проволоку, медь легко полируется, хорошо паяется и сваривается. Медь характеризуется высокими теплопро­водностью и электропроводимостью, пла­стичностью и коррозионной стойкостью.

Примеси снижают все эти свойства. По ГОСТ 859-78 в зависимости от содержания примесей различают следующие марки ме­ди: М00 (99,99%Cu), М0 (99,97%Cu), M1 (99,9%Cu), М2 (99,7%Cu), МЗ (99,5%Cu). Наиболее часто встречающиеся в меди при­меси подразделяют на три группы.

1. Растворимые в меди элементы Al, Fe, Ni, Zn, Ag повышают прочность и твер­дость меди и используются для ле­гирования сплавов на медной основе.

2. Нерастворимые элементы РЬ и Bi ухуд­шают механические свойства меди и однофазных сплавов на ее основе. Образуя легко­плавкие эвтектики, располагающиеся по границам зерен основной фазы, они вызы­вают красноломкость. Причем вредное влия­ние висмута обнаруживается при его содер­жании в тысячных долях процента, посколь­ку его растворимость ограничивается 0,001%. Вредное влияние свинца также про­является при малых его содержаниях (< 0,04 %). Висмут, будучи хрупким метал­лом, охрупчивает медь и ее сплавы. Свинец, обладая низкой прочностью, снижает про­чность медных сплавов, однако вследствие хорошей пластичности не вызывает их охрупчивания. Кроме того, свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатывае­мость резанием медных сплавов, поэтому применяется для легирования двухфазных сплавов меди.

3. Нерастворимые примеси O, S, Se, Tl присутствуют в меди и ее сплавах в виде промежуточных фаз, которые образуют с медью эвтектики с вы­сокой температурой плавления и не вызы­вают красноломкости. Кислород при отжиге меди в водороде вызывает «водородную бо­лезнь», которая может привести к разруше­нию металла при обработке давлением или эксплуатации готовых деталей.

Механические свойства меди в большой степени зависят от ее состояния и в меньшей от содержания примесей. Высокая пластичность чистой отожженной меди объясняется большим количеством плоскостей скольжения. Холодная пластическая деформация (достигающая 90% и более) увеличивает проч­ность, твердость, предел упругости меди, но снижает пластичность и электрическую про­водимость. При пластической деформации возникает текстура, вызывающая анизотро­пию механических свойств меди. По электропроводимости и теплопроводно­сти медь занимает второе место после сере­бра. Она применяется для проводников элек­трического тока и различных теплообменников, водоохлаждаемых излож­ниц, поддонов, кристаллизаторов.

Недостатки меди: высокая плотность, пло­хая обрабатываемость резанием и низкая жидкотекучесть.

Общая характеристика и классифика­ция медных сплавов. Сохраняя положи­тельные качества меди (высокие тепло­проводность и электропроводимость, коррозионную стойкость и др.), медные сплавы обладают хорошими механиче­скими, технологическими и антифрикционными свойствами.

Для легирования медных сплавов в основном используют элементы, рас­творимые в Cu, Zn, Sn, Al, Be, Si, Mn, Ni. Повышая прочность медных спла­вов, легирующие элементы практически не снижают, а некоторые из них (Zn, Sn, Al) увеличивают пластичность. Высокая пластичность - отличительная особен­ность медных сплавов. По прочности медные сплавы уступают сталям.

По технологическим свойствам мед­ные сплавы подразделяют на деформи­руемые (обрабатываемые давлением) и литейные; по способности упрочнять­ся с помощью термической обработ­ки - на упрочняемые и неупрочняемые. По химиче­скому составу медные сплавы под­разделяют на две основные группы: латуни и бронзы.

Латунями называются сплавы меди с цинком. Они бывают двойными (про­стые) и многокомпонентными (легиро­ванные). Двойные деформируемые лату­ни маркируются буквой Л (латунь) и цифрой, показывающей среднее содер­жание меди в процентах. Латуни с со­держанием 90% Cu и более называются томпаком (Л96), при 80 - 85%Cu — полу­томпаком (Л80). В марках легированных латуней кроме цифры, показывающей со­держание меди, даются буквы и цифры, обозначающие название и количество в процентах легирующих элементов. Алюминий в медных сплавах обозна­чают буквой А, никель-Н, олово-О, свинец-С, фосфор-Ф, железо-Ж, кремний-К, марганец-Мц, берил­лий-Б, цинк-Ц. Например, ЛАН59-3-2 содержит 59%Cu, 3% Аl, 2% Ni. В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждо­го легирующего элемента ставится не­посредственно за буквой, обозначающей его название. Например, ЛЦ40МцЗА со­держит 40% Zn, 3% Mn, 1% Al.

Бронзами называются сплавы меди со всеми элементами кроме цинка. Назва­ние бронзам дают по основным элемен­там. Так, их подразделяют на оловянные, алюминиевые, бериллиевые, кремнистые и др. В бронзах в качестве легирующей добавки может присутствовать цинк. Де­формируемые бронзы маркируют бук­вами Бр (бронза), за которыми следуют буквы, а затем цифры, обозначающие название и содержание в процентах легирующих элементов. Например, БрОЦС4-4-2,5 содержит 4% Sn, 4 % Zn, 2,5 % Pb. Сплавы меди с нике­лем имеют названия: мельхиоры, куниали, нейзильберы. В марках литейных бронз содержание каждого легирующе­го элемента ставится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, БрО6Ц6СЗ содержит 6% Sn, 6% Zn, 3% Pb.