Архив ZIP - WinRAR (2) / Материаловедение Экзамен / билет 25

1. Диаграмма состояния Fe-С. Структуры и фазы в системе. Полезные и вредные примеси и их влияние на свойства.

Сплавы железа с ушлеродом в диапазоне концетраций от 0 до 6.67% подразделяют на три группы:технич железо(C<0/02%, структура ф или Ф+ЦIII )(а);стали 0.02<C%<2.14(в структуре П);чугуны 2.14<C%<6.67( в структ Л).По структуре в равновес состоянии различ.: доэвтектоид стали(0.02<C%<0.8,П+Ф)(б,в); эвтектоидн(С=0.8%Ппластин)(г); заэвтектоидн (0.08<C%<2.14, П+ЦII) (д)

Чугуны,имеющ в своей структуре эвтектику ледебурит назыв белыми и дел: доэвтектич(2.14<C%<4.3, Л+П+ЦII)(ж); эвтектич(С=4.3% . ледебурит)(з); заэвтектическими (4.3<C%<6.67 , Л+ЦI)(и)

Фазы:

-Ж

-Ф(феррит) = FeαC (Cmax – 0.025%)

-А(аустенит) = FeγC (Cmax – 2.14%)

-Ц(цементит) – Fe3C (Cmax – 6.67%)

-Г(графит)

Феррит – твёрдый раствор углерода в α-железе. ОЦК

Аустенит – твёрдый раствор углерода в γ-железе.ГЦК

Цементит – химическое соединение железа с углеродом – карбид железа  Fe3C

Графит образуется в высокоуглеродистых сплавах при метастабильном равновесии.(Если охлаждение(нагрев) происходит медленно, но с реальными скоростями).

Углерод содержится в стали в виде цементита, который представляет собой твердые и хрупкие частицы. С увел С повыш твердость, пределы прочности и текучести(в доэвтектоидн сталях),но умен относит удлинение, отн сужение и ударная вязкость. В заэвтектоидн пределы прочности и текучести сниж из-за образ хрупкой цементитной сетки. (рис) Увелич углерода способствует переходу стали в хланоломкое состояние

Примеси: полезные-кремний(до0.4%), марганец(0.8%).Кремний повыш плотность слитка и текучесть; марганец-повыш прочн, умен красноломкость, вызванную серой. Вредные: Сера-способствует появл красноломкости(хрупкость при горяч обработке давлением). Фосфор-упрочняет, но умен пластичность и вязкость, повыш порог хладноломкости. Азот,кислород-понижают предел выносливости и вязкость, повыш порог хладноломкости. Водород-вызывает охрупчивание.

2. Цементация в твердом карбюризаторе. Режимы (температура, концентрация углерода в поверхностном слое, глубина слоя), применяемые стали, термообработка после цементации.

Цементация твердым карбюризатором производится путем нагрева деталей (упакованных в ящики) из железа, чугуна или жароупорной стали вместе с карбюризатором; температура нагрева 900—930° С; выдержка от 2 до 10 ч. Глубина цементованного слоя 0,5—3,0 мм. Концентрация углерода в поверхностном слое 0,9—1,2%.

В процессе цементации протекают следующие реакции:

кислород воздуха взаимодействует с углеродом карбюризатора:2С + О2 = 2СО; 2СО -><-СО, + Сат.

Образовавшийся в результате реакции атомарный углерод (Сат) диффундирует в железо: Сат -> Feγ = FeγC (аустенит).

Цементованные твердым карбюризатором детали подвергают последующей термической обработке: двойной закалке и отпуску.

Первая закалка производится при температуре нагрева 880— 900° С с целью исправления структуры сердцевины детали, испытывающей в процессе цементации перегрев.

Вторая закалка производится при температуре нагрева 770—780° С для устранения перегрева и придания высокой твердости цементованному слою. Далее производится низкий отпуск для снятия напряжений при температуре 150—180° С.

3. Нержавеющие стали. Их состав, маркировка, получаемая структура. Возможные режимы термообработки.

Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали

– это стали устойчивые против электрохимической коррозии. Для защиты от электрохимической коррозии в сталь вводят хром в количестве не менее 13%, при этом электрохимический потенциал становится положительным (рис. 45). Необходимо, чтобы хром находился в твердом растворе, для предотвращения связывания хрома в карбиды содержание углерода в стали должно быть небольшим.

По химическому составу нержавеющие стали подразделяют на хромистые и хромоникелевые.

Хромистые нержавеющие стали, содержат, как правило, 13%, 17% или 25% Cr. Чем больше содержание хрома в стали, тем выше коррозионная стойкость.

Стали 12Х13 и 20Х13 относятся к полуферритному (феррито-мартенситному) классу. Термообработка: закалка+высокий отпуск, структура: сорбит отпуска+карбиды. Применяют их для работы в слабоагрессивных средах для деталей, подвергающихся ударным нагрузкам – клапанов гидравлических прессов, предметов домашнего обихода.

Стали 30Х13, 40Х13 относятся к мартенситному классу. Термообработка: закалка+низкий отпуск. Структура: мартенсит отпуска с высокой твердостью 50…60 HRC. Применяют их для хирургических инструментов, карбюраторных игл и т.п.

Высокохромистые стали 12Х17, 15Х25Т относятся к ферритному классу. В них отсутствуют полиморфные превращения, поэтому они не упрочняются термообработкой. Структура: легированный феррит. Эти стали называют кислотостойкими, применяют их для изготовления оборудования пищевой, легкой и химической промышленности.

Хромоникелевые нержавеющие стали аустенитного класса имеют пониженное содержание углерода (0,04…0,17%С) для предотвращения образования карбидов, содержат 17…19%Cr для защиты от коррозии и 8…12%Ni для стабилизации аустенитной структуры: 12Х18Н8, 08Х18Н10. В равновесном состоянии стали имеют структуру аустенит+карбиды хрома М23С6. Путем закалки от температуры 1100…1150С в воде или на воздухе обеспечивается растворение карбидов и получение однофазной структуры легированного аустенита.

Эти стали не упрочняются термообработкой, повышение прочности достигается наклепом в результате холодной пластической деформации. Хромоникелевые стали обладают высокой пластичностью, коррозионной стойкостью в окислительных и других агрессивных средах, хорошей обрабатываемостью давлением.

Аустенитные хромоникелевые стали склонны к межкристаллитной коррозии (МКК) - коррозии по границам зерен. Это происходит из-за локального выделения карбидов хрома и обеднения хромом пограничных участков аустенита. Чем меньше в стали углерода, тем ниже ее склонность к МКК. Для снижения склонности к МКК в стали вводят титан или ниобий (например, 12Х18Н9Т или 08Х18Н12Б), которые связывают углерод в карбиды TiC или NbC, сохраняя весь хром в твердом растворе.

Аустенитные хромоникелевые стали отличаются широким масштабом применения для различных изделий, работающих в агрессивных средах, в частности, в химической и пищевой промышленности.