- •1.1. Макро- и микроструктура металлических материалов.
- •1.2. Атомно-кристаллическое строение металлов. Типы кристаллических решеток. Анизотропия свойств металлов.
- •1.3. Дефекты кристаллического строения. Прочность бездефектных и реальных кристаллических тел.
- •2.1. Особенности жидкого состояния металлов. Механизм и кинетика кристаллизации. Закономерности образования и роста кристаллов.
- •2.2. Аморфные металлы. Полиморфные превращения в металлах.
- •2.3. Сущность процесса модифицирования.
- •2.4. Строение металлического слитка
- •Тема 3 Диаграммы состояния двойных сплавов.
- •3.1. Понятия фазы, компонента, системы. Определения твердых растворов, химических соединений, механических смесей.
- •3.2. Построение диаграмм состояния. Эвтектическая кристаллизация. Правила отрезков.
- •3.3. Диаграмма состояния системы с полной растворимостью компонентов в твердом состоянии.
- •3.4. Диаграмма состояния системы с ограниченной растворимостью компонентов.
- •3.6. Связь между структурой и свойствами сплавов.
- •4.1. Упругая и пластическая деформация.
- •4.2. Влияние пластической деформации на строение и свойства металла, явление наклепа. Возврат и рекристаллизация. Холодная и горячая пластическая деформация.
- •4.3. Определение механических свойств металлов: твердость; характеристики, определяемые при растяжении, при знакопеременном нагружении; ударная вязкость.
- •5.1. Диаграмма состояния железо-цементит.
- •5.2. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали. Углеродистые стали. Классификация и маркировка углеродистых сталей.
- •5.3. Чугуны. Влияние химического состава и скорости охлаждения на структуру чугуна. Серый чугун, ковкий чугун, высокопрочный чугун: классификация, маркировка, применение.
- •6.1. Теория термической обработки стали.
- •6.1.2. Превращения переохлажденного аустенита.
- •6.2. Технология термической обработки.
- •1. Полный отжиг
- •2. Неполный отжиг
- •6.2.2. Закалка стали. Прокаливаемость и закаливаемость стали. Поверхностная закалка.
- •6.2.3. Отпуск стали.
- •7.1. Физические основы химико-термической обработки.
- •7.2. Цементация.
- •7.3. Азотирование.
- •7.4. Цианирование и нитроцементация.
- •7.5. Диффузионная металлизация.
- •Тема 8 легированные стали
- •8.1. Влияние легирующих элементов на полиморфные превращения.
- •8.2. Структурные классы легированных сталей.
- •8.3. Маркировка и применение легированных сталей.
- •8.3.1. Конструкционные легированные стали.
- •8.3.2. Инструментальные стали и сплавы. Быстрорежущие стали, штамповые стали. Твердые сплавы.
- •Тема 9 Коррозионно-стойкие, жаропрочные и жаростойкие стали и сплавы.
- •9.1. Коррозия электрохимическая и химическая.
- •9.2. Коррозионно-стойкие стали.
- •9.3. Жаростойкость, жаростойкие стали.
- •9.4. Жаропрочность, жаропрочные стали и сплавы.
- •Тема 10 Цветные металлы и сплавы
- •10.1. Алюминий. Деформируемые и литейные сплавы алюминия.
- •10.2. Медь и ее сплавы.
- •10.3. Титан и сплавы титана.
- •10.4. Магний и магниевые сплавы.
- •Тема 11
- •11.1. Термопластичные и термореактивные пластмассы.
- •11.2. Резины.
- •11.3. Композиционные материалы.
9.2. Коррозионно-стойкие стали.
Можно разделить на два основных класса:
хромистые,
хромоникелевые.
Хромистые
после охлаждения на воздухе могут иметь ферритную, мартенситную или мартенситно-ферритную структуру.
Содержание хрома должно быть не менее 13% (13…18%). При введении в сталь 12-14% хрома, ее электрохимический потенциал становится положительным, и она приобретает устойчивость против коррозии в атмосфере, морской (пресной) воде, ряде слабых растворов солей, кислот и щелочей. Стали обладают лучшей стойкостью против коррозии только при условии, что все содержание хрома в стали приходится на долю твердого раствора. В этом случае образуется защитная пленка (Cr, Fe)2O3.
Различают стали ферритного класса 08Х13, 12Х17, 08Х25Т, 15Х28. Стали с повышенным содержанием хрома не имеют фазовых превращений в твердом состоянии и поэтому не могут быть подвергнуты закалке. Значительным недостатком ферритных хромистых сталей является повышенная хрупкость из-за крупнокристаллической структуры. Эти стали склонны к межкристаллитной коррозии (по границам зерен) из-за обеднения хромом границ зерен. Межкристаллитная коррозия обусловлена тем, что часть хрома около границ зерна взаимодействует с углеродом и образует карбиды. Концентрация хрома в твердом растворе у границ становится меньше 13% и сталь приобретает отрицательный потенциал. Для избежания этого вводят небольшое количество титана. Титан связывает углерод и исключает возможность образования карбидов хрома.
Из-за склонности к росту зерна ферритные стали требуют строгих режимов сварки и интенсивного охлаждения зоны сварного шва. Недостатком является и склонность к охрупчиванию при нагреве в интервале температур 450…500oС
Из ферритных сталей изготавливают оборудование азотно-кислотных заводов (емкости, трубы).
Для повышения механических свойств ферритных хромистых сталей в них добавляют 2…3 % никеля. Стали 10Х13Н3, 12Х17Н2 используются для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих в агрессивных средах.
Коррозионная стойкость стали повышается термической обработкой (закалкой и высоким отпуском) и созданием шлифованной и полированной поверхности. Термическую обработку для ферритных сталей проводят для получения структуры более однородного твердого раствора, что и увеличивает коррозионную стойкость.
Стали мартенситного класса 20Х13, 30Х13, 40Х13. После закалки и отпуска при 180…250oС стали 30Х13, 40Х13 имеют твердость 50…60 HRC и используются для изготовления режущего инструмента (хирургического), пружин для работы при температуре 400…450o, предметов домашнего обихода.
Хромоникелевые
Стали аустенитного класса.
Никель – аустенитообразующий элемент, сильно понижающий критические точки превращения. После охлаждения на воздухе до комнатной температуры имеет структуру аустенита. Нержавеющие стали аустенитного класса 04Х18Н10, 12Х18Н9Т имеют более высокую коррозионную стойкость, лучшие технологические свойства по сравнению с хромистыми нержавеющими сталями, лучше свариваются. Они сохраняют прочность до более высоких температур, менее склонны к росту зерна при нагреве и не теряют пластичности при низких температурах.
Для большей гомогенности хромоникелевые стали подвергают закалке с температуры 1050…1100oC в воде. При нагреве происходит растворение карбидов хрома в аустените. Выделение их из аустенита при закалке исключено, так как скорость охлаждения велика. Получают предел прочности В= 500…600 МПа, и высокие характеристики пластичности, относительное удлинение = 35…45%.
Упрочняют аустенитные стали холодной пластической деформацией, что вызывает эффект наклепа. Предел текучести при этом может достигнуть значений 1000…1200 МПа, а предел прочности – 1200…1400 МПа.
Для уменьшения дефицитного никеля часть его заменяют марганцем (сталь 40Х14Г14Н3Т) или азотом (сталь 10Х20Н4АГ11).
Аустенитно-ферритные стали 12Х21Н5Т, 08Х22Н6Т являются заменителями хромоникелевых сталей с целью экономии никеля.
Свойства сталей зависят от соотношения ферритной и аустенитной фаз (оптимальные свойства получают при соотношении – Ф:А=1:1 ). Термическая обработка сталей включает закалку от температуры 1100…1150oC и отпуск-старение при температуре 500…750oC.
Аустенитно-ферритные стали не подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением: трещины могут возникать только на аустенитных участках, но ферритные участки задерживают их развитие. При комнатных температурах аустенитно-ферритные стали имеют твердость и прочность выше, а пластичность и ударную вязкость ниже, чем стали аустенитного класса.
Коррозионно-стойкие сплавы на железоникелевой и никелевой основе
Коррозионно-стойкие стали не обеспечивают высокой коррозионной стойкости в кислотах. Используют сплавы. Сплавы являются коррозионно-стойкими в особо агрессивных средах (кипящая фосфорная или соляная кислота), обладают высокими механическими свойствами.
08ХН40МДТЮ – предназначен для работы при больших нагрузках в растворах серной кислоты.
Для работы при повышенной температуре во влажном хлоре, соляно-кислых и сернокислых средах, хлоридах, смесях кислот и др. агрессивных средах наибольшее распространение получил сплав ХН65МВ.
Сплавы типа хастеллой содержат до 80 % никеля, другим элементом является молибден в количестве до 15…30 %. Сплавы являются коррозионно-стойкими в особо агрессивных средах (кипящая фосфорная или соляная кислота), обладают высокими механическими свойствами. Недостатком является склонность к межкристаллической коррозии, поэтому содержание углерода в этих сплавах должно быть минимальным.