2.Основные механизмы упрочнения кристаллических материалов.

Механизмы упрочнения

В первой половине XX века высокопрочного состояния в сталях добивались увеличением содержания углерода, мало обращая внимания на их пластичность и вязкость, характер излома и сва- риваемость.

Известно, что углерод образует с железом твердые растворы внедрения и является эффективным упрочнителем. Однако его растворимость в феррите невелика, что приводит к снижению упрочняющего эффекта. Высокая прочность мартенсита закалки сопровождается снижением пластичности и вязкости, что обусловливает необходимость проведения отпуска. При отпуске образуются карбиды, мартенсит обедняется углеродом и снижается действие твердорастворного механизма упрочнения.

Образующиеся довольно крупные частицы цементитного типа в ферритной матрице более тверды и хрупки, чем матрица. По- этому при нагружении на поверхности раздела создается объемно- напряженное состояние, которое может приводить к образованию микротрещин.

Согласно современным представлениям, деформация определяется движением дислокаций. Следовательно, повышение сопротивления деформации и соответственно высокопрочное состояние могут быть достигнуты созданием цепи препятствий движению дислокаций.

К основным механизмам упрочнения сталей относятся: измельчение зерна, образование твердых растворов, выделение частиц второй фазы, превращения при термообработке и увеличение плотности дислокаций. Экспериментальные исследования показали, что для большинства сталей действует принцип линейной аддитивности отдельных механизмов упрочнения, т. е. вклады отдельных механизмов в общее упрочнение суммируются:

ст_т = сг₀ + До,. _р, + До_д + Да_д. _у. + Да₃,

где а₀ - сопротивление кристаллической решетки движению дислокаций (напряжение трения решетки, или напряжение Пайерлса - Набарро); Дст_{т р} - упрочнение твердого раствора растворенными легирующими элементами, или твердорастворное упрочнение; Дст_д - упрочнение за счет сопротивления перемещению дислокаций, или дислокационное упрочнение; Дст_{д у} - упрочнение дисперсными частицами второй фазы, образовавшимися при распаде пересыщенного твердого раствора, или дисперсионное упрочнение; Да₃ - упрочнение границами зерен и субзерен, или зернограничное упрочнение. В случае феррито-перлитных сталей добавляется упрочнение за счет присутствия перлита в структуре.

Билет №6.

1.Маркировка конструкционных и инструментальных сталей.

2. МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ ПО РОССИЙСКИМ СТАНДАРТАМ

2.1. Маркировка конструкционных сталей

Конструкционные углеродистые стали. Углеродистые конструкционные стали по применению относят к сталям общего назначения. Их выпускают обыкновенного качества и качественные, маркировка которых различается. Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрой (от О до 6): СтО, Ст1, Ст2,...,Ст6. Степень раскисления указывают путем добавления спокойных сталях букв «сп», в полуспокойных - «ПС», в кипящих «кп». Например, СтЗсп, Ст4пс, Ст1кп. Спокойными и полуспокойпроизводят Ст1-Ст6, кипящими Ст1-Ст4. Сталь СтО по степени раскисления не разделяют. Цифра в марке стали обозначает условный номер. С повышением условного номера марки стали возрастает содержание углерода (от 0,06% до 0,49%), концентрация марганца (от 0,25% до 0,8%), соответственно растет предел прочности (Ов), предел текучести (ао.2) и снижается пластичность (5,ф). Производят также стали с повышенным содержанием марганца (до 1,1%), например, СтЗГпс.

Для сталей обыкновенного качества марки, химический состав и степень раскисления при выплавке регламентирует ГОСТ 380-94, механические свойства - ГОСТ 535-88. Углеродистые качественные стали производят с гарантированным химическим составом и механическими свойствами (ГОСТ 1050-88). Маркируют их двузначными числами; 08, 10, 15, 20,...,85, 5 обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях про­цента. Например, сталь 10 содержит -0,1 %С, сталь 45 - в среднем 0,45%С. Как правило, эти стали содержат не более 0,8-0,85%С.

Спокойные стали маркируют без индекса, полуспокойные и ки­пящие с индексом «ПС» или «кп» соответственно. Кипящими производят стали 08кп,10кп, 15кп, 20кп, полуспокойными - 08пс, Юпс, 15пс, 20пс. В отличие от спокойных, кипящие стали практически не содержат кремния (не более 0,03%), в полуспокойных его количест­во ограничено 0,05-0,17%.

Конструкционные легированные стали. Легированные стали производят и поставляют качественными и высококачественными. По применению легированные стали могут быть как общего, так и специального назначения. Эта группа сталей наиболее многочисленна, их маркировка регламентируется в соответствии с ГОСТ 4543-88. Для маркировки легированных сталей принята буквенноцифровая система, по которой можно определить их химический состав. Число в начале марки показывает содержание углерода в сотых долях процента. Буквенные обозначения соответствуют тому или иному легирующему элементу (табл. 1), а число, стоящее после буквы, указывает на примерное содержание легирующего элемента в процентах. Если число после буквы отсутствует, то концентрация данного легирующего элемента меньше или около 1-1,5%.

Например, сталь 20ХНЗ в среднем содержит 0,2%С, до 1,5%Сг, 3%М|, сталь 08Х18Т - содержит 0,08%С, 18%Сг и менее 1,5%Т|. Следует помнить, что такие элементы как марганец и кремний могут быть в стали как полезными примесями, так и легирующими элементами. Если содержание Мп не превышает 0,8%, а 31 - 0,37%, то они являются примесями и в марке стали не указываются. Для обозначения высококачественных сталей, содержащих пониженное количество вредных примесей по сравнению с качественными, используется буква «А», помещенная в конце марки стали, например, 12Х2Н4А.

2.2. Маркировка инструментальных сталей

Инструментальные углеродистые стали. Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-90) производят качественными У7, У8, У9,...,У13 и высококачественными У7А, УЗА, У9А,...,У13А. Буква «У» в марке показывает, что сталь углеродистая, а число указывает среднее содержание углерода в десятых процента. Например, сталь УЗ содержит 0,8%С, а сталь У12 -1,2%С. Инструментальные стали, как правило, высокоуглеродистые (углерода >0,7%). Инструментальные легированные стали. Маркировка инструментальных легированных сталей, как и конструкционных, состоит из сочетания цифр и букв, показывающих химический состав стали. Первая цифра показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его содержание менее 1%. Если со­держание углерода больше или равно 1%, то цифра отсутствует. Буквы обозначают легирующие элементы (см. табл.1), а следующие за ними цифры - содержание соответствующего легирующего эле­мента в целых процентах. Например, сталь 9ХС содержит 0,9%С, до 1,5%Сг и до 1,5%3|, в стали ХВГ содержится 1-1,5%С, по 1-1,5% хрома, вольфрама и марганца.

Марка быстрорежущих сталей начинается с буквы «Р», под которой подразумевают наличие в среднем 0,8%углерода, 4,2% хрома и 1-2% ванадия. Следующее за буквой число указывает среднее содержание главного легирующего элемента быстрорежущей стали - вольфрама (в процентах). Среднее содержание молибдена (в процентах) в стали обозначается цифрой после буквы «М», кобальта - цифрой за буквой «К», ванадия - цифрой после буквы «Ф» и т.д. Например Р18, Р6М5, Р9М4К8. Так, в последней стали помимо С, Сг и V содержится 9% \Л/, 4%Мо, 8%Со.