Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехническое и конструкционное материаловедение. Учебное пособие по курсу «Электротехническое и конструкционное материаловедение» для студентов
.pdf
79
%: 0,1–1 Р; 0,03–0,2 S.
Марки и свойства легированных чугунов (ГОСТ 7769-82)
Таблица 9
Марка чугуна Свойства
Чугуны, обладающие повышенной коррозионной
стойкостью в газовой, воздушной и щелочной средах
в условиях трения и износа, жаростойкие в
ЧХ1, ЧХ2, ЧХ3
ЧХ3Т, ЧХ9Н5, ЧХ22,
ЧХ16М2, ЧХ28Д2
ЧХ22С
ЧС13, ЧС15, ЧС17,
ЧС15МА, ЧС17М3
ЧГ6С3Ш, ЧГ7Х4
ЧГ8Д3 Немагнитный износостойкий чугун
ЧНХТ, ЧНХМД, ЧН2Х,
ЧНМШ
ЧН15Д3Ш, ЧН19Х3Ш,
ЧН11Г7Ш, ЧН20Д2Ш,
ЧН15Д7
воздушной среде, выдерживают температуру от 500
до 700°С. предназначены дл изготовления деталей
металлургического производства, кокилей
стеклоформ, деталей химического оборудования и
др.
Чугуны, обладающие повышенной стойкостью
против абразивного износа и истирания
Этот чугун характеризуется повышенной
коррозионной стойкостью при температуре 1000°С
Устойчивы к воздействию концентрированных и
разбавленных кислот, растворов щелочей, солей
Чугуны, обладающие высокой стойкостью в
абразивной среде
Чугуны с высокими механическими свойствами,
хорошо сопротивляются износу и коррозии
Чугуны, обладающие высокими механическими
свойствами, высокой коррозионной и эрозионной
стойкостью в щелочах, слабых растворах кислот, в
морской воде. Чугун ЧН20Д2Ш может быть
пластически деформирован в холодном состоянии
Марки антифрикционных чугунов, их характеристики и на значение
представлены в табл. 10.
Буквы в обозначениях марок чугунов означают: АЧ – антифрикционный
чугун, С – серый чугун с пластинчатым графитом, В – высокопрочный
чугун с шаровидным графитом, К – ковкий чугун с хлопьевидным
графитом. Твердость отливок из антифрикционных чугунов (от 100 до
290 НВ) зависит от содержания элементов и условий термической
обработки.
80
Марки антифрикционных чугунов, их свойства и назначение
(ГОСТ 1585-85)
Таблица 10
Марка чугуна Свойства и назначение
Перлитный чугун, легированный хромом (0,2–0,5%) и
АЧС-1
АЧС-2
АЧС-3
АЧС-4
АЧС-5
АЧС-6
АЧВ-1
АЧВ-2
АЧК-1
АЧК-2
медью (0,8–1,6%); предназначен для изготовления деталей,
работающих в паре с закаленным или нормализованным валом
Перлитный чугун, легированный хромом (0,2–0,5%),
никелем (0,2–0,5%), титаном (0,03–0,1%) и медью (0,2–0,5%);
назначение – такое же, как и чугуна марки АСЧ-1
Перлитно-ферритный чугун, легированный титаном (0,03–
0,1 %) и медью (0,2–0,5 %); детали из такого чугуна могут
работать в паре, как с «сырым», так и с термически
обработанным валом
Перлитный чугун, легированный сурьмой (0,04–0,4%);
используется для изготовления деталей, работающих в паре с
закаленным или нормализованным валом
Аустенитный чугун, легированный марганцем (7,5–12,5 %)
и алюминием (0,4–0,8%); из этого чугуна изготавливают
детали, работающие в особо нагруженных узлах трения в паре
с закаленным или нормализованным валом
Перлитный пористый чугун, легированный свинцом (0,5–
1,0%) и фосфором (0,5–1,0%); рекомендуется для производства
деталей, работающих в узлах трения с температурой до 300°С в
паре с «сырым» валом
Перлитный чугун с шаровидным графитом; детали из
такого чугуна могут работать в узлах трения с повышенными
окружными скоростями в паре с закаленным или
нормализованным валом
Перлитно-ферритный чугун с шаровидным графитом;
изготовленные из этого чугуна детали хорошо работают в
условиях трения с повышенными окружными скоростями в
паре с «сырым» валом
Перлитный чугун с хлопьевидным графитом, легированный
медью (1,0–1,5%); предназначен для изготовления деталей,
работающих в паре с термически обработанным валом
Ферритно-перлитный чугун с хлопьевидным графитом;
детали из этого чугуна работают в паре с «сырым» валом
Предельные режимы работы деталей из этих чугунов в узлах трения:
удельное давление (50–300)·104 Па (5–300 кгс/см2), окружная скорость
0,3–10 м/с.
81
Порядок выполнения работы
1. Изучить микроструктуру образцов лабораторной коллекции
чугунов.
2. Зарисовать схематично микроструктуру белых, серых, ковких
чугунов, указать структурные составляющие.
3. Привести примеры маркировки чугунов, указать их механические
свойства и области применения.
Контрольные вопросы
1. Что называется чугунами?
2. В зависимости от состояния углерода, какими бывают чугуны?
3. Что называется белым чугуном? Какими они бывают по структуре?
Какими механическими свойствами обладают, и в каких областях
применяются БЧ?
4. Какие чугуны называются серыми? Пояснить процесс
структурообразования и указать химический состав.
5. Привести марки СЧ, назвать их химические свойства и область
применения.
6. Какие чугуны называются ковкими? Объяснить способ получения
КЧ.
7. Какими бывают по микроструктуре ковкие чугуны? Привести
марки ковких чугунов, назвать их механические свойства и область
применения.
8. Какие недостатки имеют ковкие чугуны перед другими чугунами?
9. Какие чугуны называются высокопрочными? Объяснить способ
получения.
10. Какими бывают по микроструктуре высокопрочные чугуны?
Назвать марки высокопрочных чугунов, их свойства, область применения и
преимущества перед другими чугунами.
82
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8
Термическая обработка углеродистых сталей
Цель работы: обоснование выбора параметров и практическое
проведение основных видов термической обработки сталей: отжига,
нормализации, закалки и отпуска; овладение практикой термической
обработки стали и приобретение в процессе этого необходимых навыков;
изучение влияния различных видов термической обработки стали на ее
структуру и свойства.
Приборы и оборудование: образцы углеродистых сталей; муфельные
печи с терморегулятором; закалочные баки с водой и маслом;
металлографические микроскопы; твердомеры Роквелла; микрошлифы
стали 45 после различных видов термообработки.
Основные понятия
Цель термической обработки – придание стали требуемых свойств за
счет изменения ее структуры.
Основные параметры термической обработки следующие: скорость
нагрева, оптимальная температура нагрева, время выдержки при этой
температуре, скорость охлаждения.
Основными из них являются два параметра: оптимальная температура
нагрева и скорость охлаждения. В зависимости от них различают
следующие виды термической обработки стали: отжиг, нормализация,
закалка и отпуск, схема проведения, которых для доэвтектоидной стали,
представлена на рис. 37.
Рис. 37. Схема основных видов термообработки
83
Из рис. 37 видно, что при осуществлении первых трех видов
термообработки (отжига, нормализации и закалки) доэвтектоидную сталь
нагревают во всех случаях одинаково, т.е. до аустенитного состояния.
Следовательно, определяющим параметром в этом случае является
скорость охлаждения, влияние которой и рассматривается ниже.
Влияние скорости охлаждения на структуру и свойства стали
Этот вопрос удобнее выяснить на примере эвтектоидной стали
(С = 0,8%). Из этой стали изготавливается серия образцов, все они нагреты
до аустенитного состояния, т.е. выше 727°С и в дальнейшем каждый
образец охлаждается с разной скоростью (рис. 38).
а) б)
Рис. 38. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита эвтектоиднойстали
с наложенными на нее кривымиохлаждения:
а – общий вид, б – получаемые структуры
Превращение аустенита при температурах 550°С и выше называется
перлитным превращением, при 550°С…МН – мартенситным (МН – начало
М
– конец мартенситного превращения).
К
Перлитное превращение
В интервале температур перлитного превращения образуются
пластинчатые структуры из кристаллов феррита и цементита, которые
отличаются степенью дисперсности частиц Ф и Ц.
Дисперсность перлитных структур оценивается межпластинчатым
,
84
расстоянием S соседних пластинок феррита и цементита (рис. 39).
Чтобы не спутать цементит с ферритом используют специальный
травитель – пикрат натрия, который окрашивает цементит в черный цвет.
Феррит при этом не окрашивается, т.е. остается светлым.
Рис. 39. Феррито-цементитная структура
Если превращение идет при температурах 650–670°С, то образуется
перлит, S = 6·10-4 мм.
При температурах превращения 640–590°С образуется сорбит,
S = 3·10-4 мм.
При температурах превращения 580–550°С образуется троостит,
S = 1×10-4 мм.
Как видно из опыта с увеличением скорости охлаждения зерна ферритоцементитной смеси измельчаются все сильнее, что резко влияет на
свойства. Так, например, у перлита НВ 2000, у сорбита НВ 3000. а у
троостита НВ 4200, МПа.
Промежуточное (бейнитное) превращение
В результате промежуточного превращения образуется бейнит,
представляющий собой структуру, состоящую из α-твердого раствора
несколько пересыщенного углеродом и частиц цементита. Бейнитное
превращение сочетает в себе элементы перлитного и мартенситного
превращений. В аустените образуются объемы, обогащенные и обедненные
углеродом. Обедненные углеродом участки аустенита претерпевают γ → α
превращение бездиффузионным путем (мартенситным). В объемах
аустенита, обогащенных углеродом, при t = 400–550°С происходит
выделение частиц цементита. При t < 400°С частицы цементита
выделяются в кристаллах α-фазы.
Бейнит, образовавшийся при температурах 400–550°С называется
верхним бейнитом, он имеет перистое строение с худшими механическими
свойствами (пониженные σ
, КСU и δ).
в
При более низких температурах (ниже 400°C) образуется нижний
бейнит, он имеет игольчатое строение с лучшими механическими
85
характеристиками (большим σв, КСU и δ).
Мартенситное превращение аустенита
Мартенсит – это пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в
Feα
Мартенсит образуется только из аустенита в результате сильного
переохлаждения последнего со скоростью не менее критической скорости
закалки (V
= – касательная к диаграмме, см. рис. 38, а).
кр
Мартенситные пластины (иглы) образуются почти мгновенно, со
скоростью более 1000 м/с, только в пределах аустенитного зерна и не
переходят границу между зернами. Поэтому размер игл мартенсита зависит
от размера зерен аустенита. Чем мельче зерна аустенита, тем мельче иглы
мартенсита и структура характеризуется как крупноигольчатый или
мелкоигольчатый мартенсит. Решетка мартенсита тетрагональная, т.е.
периоды с > а (рис. 40).
Рис. 40. Микроструктура и кристаллическая решетка мартенсита
Механизм мартенситного превращения состоит в том, что при
температурах ниже МН решетка аустенита, хорошо растворяющая углерод
(до 2,14% С) оказывается неустойчивой, и перестраивается в решетку Feα,
способность которой растворять углерод, очень мала (до 0,02%).
Из-за большой скорости охлаждения весь углерод находящийся в
аустените (ГЦК решетка) остается зафиксированным в Feα (ОЦК решетка),
где места для его размещения нет. Поэтому избыточный углерод искажает
решетку, вызывает появление больших внутренних напряжений и, как
следствие, твердость и прочность растут, а ударная вязкость и
пластичность падают.
Аустенитно-мартенситное превращение сопровождается увеличением
объема. Все структуры стали можно расположить (от максимального
объема к минимальному) в следующий ряд: мартенсит – троостит – сорбит
86
– перлит – аустенит.
Отличие от перлитного превращения:
1) большая скорость превращения;
2) превращение бездиффузионное, т.е. без предварительного
выделения углерода и образования Fe3C;
3) начинается превращение в точке МН и заканчивается в точке МК,
причем положение этих точек зависит только от химического состава
сплава;
4) в структуре мартенсита всегда есть небольшое количество
остаточного непревращенного аустенита (до 4%);
5) решетка мартенсита тетрагональная (а = b ≠ с).
Виды термической обработки
Термической обработкой называется такая технологическая операция,
при которой путем нагрева сплава до определенной температуры,
выдержке при этой температуре и последующего охлаждения происходят
структурные изменения, вызывающие изменения свойств металлов.
Термическая обработка проводится обычно в тех случаях, когда
наблюдаются:
1) полиморфные превращения;
2) ограниченная и переменная (увеличивающаяся с температурой)
растворимость одного компонента в другом в твердом состоянии;
3) изменение строения металла под влиянием холодной деформации.
Основными параметрами режимов термической обработки являются:
температура и скорость нагрева, продолжительность выдержки при
заданной температуре, скорость охлаждения.
Температура нагрева стали зависит от положения критических точек,
вида термической обработки и назначается на основании анализа
диаграммы состояния сплава.
Скорость нагрева зависит от химического состава сплава, размера и
формы обрабатываемых деталей, массы садки, характера расположения
деталей в печи, типа нагревательного устройства и т.д.
Выдержка при заданной температуре необходима для завершения
фазовых превращений, происходящих в металле, выравнивания
концентрации по всему объему детали. Время нагрева (41) складывается из
времени собственного нагрева τ
где τв принимается равным 1 мин на 1 мм толщины для углеродистых
(2) и времени выдержки τв:
н
τ
=
τ
+
τ
общ
(41)
н
в
87
сталей и 2 мин для легированных.
τ
= 0,1D·K1·K2·K3 (42)
н
где D – размер наибольшего сечения (размерная характеристика);
K1 – коэффициент среды (для газа – 2, соли – 1, металла – 0,5);
K2 – коэффициент формы (для шара – 1, цилиндра – 2, пластины – 4,
параллелепипеда – 2,5);
K3 – коэффициент равномерного нагрева (всесторонний – 1,
односторонний – 4).
Скорость охлаждения зависит, главным образом, от степени
устойчивости аустенита, т.е. от химического состава стали, а также от
структуры, которую необходимо получить.
В зависимости от скорости охлаждения углеродистой стали получают
следующие структуры: феррит с перлитом, перлит, сорбит, тростит,
мартенсит.
Согласно диаграмме состояния Fe-Fe3C, температурные точки,
образующие линию PSK, обозначаются А1; линию GS – A3; линию ES – А
ст.
если рассматривается процесс нагрева, то перед цифровым индексом ставят
букву С (АС1, АС3), а если в случае охлаждения r (Аrз, Ar1).
Углеродистые стали подвергаются следующим видам термической
обработки: отжигу, нормализации, закалке и отпуску.
Отжиг стали
Цель отжига:
1) исправление структуры после горячей обработки (ковки, литья);
2) снижение твердости для облегчения обработки резанием;
3) снятие внутренних напряжений;
4) подготовка структуры к последующей термической обработке и
холодной штамповке;
5) уменьшение химической неоднородности.
При полном отжиге сталь нагревается выше линии АС3 на 30–50°С,
выдерживается нужное время при этой температуре и затем медленно
охлаждается, как правило, вместе с печью (рис. 41).
При нагреве выше точки АС3 происходит перекристаллизация, в
результате чего зерна измельчаются, внутренние напряжения устраняются,
сталь становится мягкой и вязкой. Полному отжигу подвергают
преимущественно доэвтектоидные стали.
В случае нагрева этих сталей ниже А
часть зерен феррита остается в
С3
том же виде, в каком он был до отжига (большие размеры, пластинчатая
88
форма), что приводит к понижению вязкости стали.
При неполном отжиге сталь нагревается выше линии А
на 30–50°С и
С1
после выдержки медленно охлаждается вместе с печью. При неполном
отжиге происходит лишь частичная перекристаллизация (перлит-аустенит).
Этот вид применяется для заэвтектоидных сталей.
Нагрев этих сталей выше линии Aсm (аустенитное состояние)
нецелесообразен, так как растворенный в аустените цементит при
последующем охлаждении будет выделяться по границам зерен перлита в
виде сетки, что резко снижает пластичность и делает сталь хрупкой.
Диффузионный отжиг (гомогенизация) применяется для выравнивания
химической неоднородности по объекту кристалла в крупных отливках. Он
проводится при температуре 1050–1150°С и при более длительных
выдержках (10–18 ч).
Рекристаллизационный отжиг применяется при снятии наклепа и
внутренних напряжений в стали после холодной обработки давлением
(прокатка, штамповка, вытяжка и др.). Для углеродистых сталей этот вид
отжига проводится при температуре 650–690°С. В результате чего
твердость понижается, а пластичность растет.
Рис. 41. Оптимальные температуры нагрева при различных видах отжига
Нормализация стали
Нормализацией стали называется вид термической обработки,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]