8.4.3.1. Стали перлитного класса

Котельные углеродистые стали 12К, 15К, 22К применяются для слабонагруженных деталей энергетических установок, их рабочие температуры не превышают 400°С, термообработка – нормализация.

Низколегированные стали 12Х1МФ, 25Х2М1Ф с содержанием карбидообразующих элементов (Cr, Mo, W и V) до 3%. Термообработка - закалка + высокий отпуск обеспечивает дисперсионное твердение за счет выделения карбидов молибдена и вольфрама. Применяются в паросиловых установках с рабочими температурами до 510…550°С.

8.4.3.2. Стали мартенситного (мартенситно-ферритного) класса:

Стали 15Х11МФБ, 18Х12ВМБФР содержат 8…13%Cr, а также W, Mo, V, Nb. После закалки и высокого отпуска формируется структура сорбита отпуска. Жаропрочность достигается за счет упрочнения твердого раствора, образования карбидных и интерметаллидных фаз. Применяются для деталей газовых турбин и паросиловых установок. Траб=580…600°С.

Сильхромы 40Х9C2 и 40Х10С2М применяют для изготовления выпускных клапанов двигателей. Траб.max=650°С.

8.4.3.2. Стали аустенитного класса по жаропрочности превосходят перлитные и мартенситные стали. Различают три группы аустенитных сталей:

Стали со структурой твердого раствора, не упрочняемые термообработкой: 10Х18Н12Т, 08Х15Н24В4ТР применяются для пароперегревателей и трубопроводов высокого давления до температур 600…700°С. Для получения однородной аустенитной структуры проводят термообработку: закалку от 1100…1150°С в воде или на воздухе.

Стали с карбидным упрочнением 45Х14Н14В2М, 40Х15Н7Г7Ф2МС содержат повышенное содержание углерода (0,3…0,5%С) и карбидообразующих элементов. В результате закалки и старения формируется структура легированного аустенита с дисперсными карбидами. Применяют для изготовления дисков, лопаток, корпусов газовых турбин и др. с рабочими температурами до 700°С.

Стали с интерметаллидным упрочнением 10Х11Н20Т3Р, 10Х11Н23Т3МР после закалки и старения получают структуру легированного аустенита с включениями дисперсных интерметаллидов (Ni3Ti, Fe3Ti и др.), когерентно связанных с решеткой γ–твердого раствора. Жаропрочность сохраняется до 750…800°С.

3

. Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термообработкой

Дуралюмины (Д1, Д3, Д6, Д16 и т.п.) – сплавы системы Al-Cu. Основным легирующим элементом является медь. Сплав Д1 содержит 3,8…4,8%Cu, 0,5…1,5% магния, ~0,5% марганца. Согласно диаграмме Al-Cu (рис. 9.1.) в сплавах образуются следующие фазы:

α – твердый раствор меди в алюминии, максимальная растворимость Cu в Al составляет 5,7%;

θ –твердый раствор на основе химического соединения СuAl₂, содержащего 54,1%Cu.

Структура сплава Д1 в равновесном состоянии (после литья) α + θII, причем частицы θII располагаются по границам зерен и охрупчивают сплав (рис. 9.2. а).

Рис.9.1. Диаграмма состояния Al-Cu.

Для упрочнения дуралюминов проводится термическая обработка: закалка + старение. Закалка заключается в нагреве до температуры ~ 500°С, при которой хрупкая избыточная θ_II-фаза полностью растворяется в α-твердом растворе, быстрое охлаждение фиксирует структуру пересыщенного твердого раствора меди в алюминии (рис. 9.2 б, 9.2 а).

а) б) в)

Рис.9.2. Микроструктуры дуралюмина: а – после литья (α + θ_II), б – после закалки (α-твердый раствор), в - после закалки и старения.

Для повышения прочности закаленного сплава проводят старение. Старение – это упрочнение закаленного сплава за счет распада пересыщенного твердого раствора и выделения избыточных вторичных фаз в мелкодисперсном виде (дисперсионное твердение).

Естественное старение заключается в выдержке закаленного сплава при комнатной температуре 5…7 суток. Искусственное старение заключается в выдержке при повышенной температуре 100…200°С в течение 10…24 часов.

Процесс старения идет в 3 стадии:

• На первой стадии старения атомы меди образуют скопления в кристаллической решетке α–твердого раствора - зоны Гинье-Престона (зоны ГП) (рис. 48 б), что вызывает искажения кристаллической решетки и, следовательно, повышение прочности сплава (рис. 49).

• На второй стадии старения по мере выдержки сплава при повышенных температурах образуется метастабильная θ'-фаза, близкая по составу к CuAl2, имеющая свою кристаллическую решетку, которая сохраняет когерентные связи с решеткой α-твердого раствора (рис. 48 в). Это усиливает искажения кристаллической решетки, твердость и прочность сплава повышается (рис. 9.3).

• На третьей стадии старения при дальнейшей выдержке происходит срыв когерентности и выделение частиц стабильной θ–фазы (CuAl₂) (рис. 9.2. г). Искажения кристаллической решетки частично снимаются, и прочность сплава понижается (рис. 49).

а) б) в) г)

Рис.9.3. Влияние температуры и длительности старения на прочность алюминиевых сплавов

4

Для изготовления шатуна (ударные нагрузки) выбрана сталь 40ХГТ. Расшифруйте  состав стали, определите класс стали по структуре в нормализованном состоянии и по назначению. Объясните влияние легирующих элементов. Выберите режим термической обработки.

40ХГТ

0,4% - С;

1% - хром -  ↑прочность не↓ пластичность

1% - марганец - ↑прокаливаемость, но нет такой же вязкости как у никеля

1% - титан – измельчает зерно,↑механические свойства и ↓склонность стали к перегреву

Конструкционная сталь общего назначения

Качественная

Среднелегированная

Перлитный класс, доэвтектоидный класс (П+Ф)

ТО: Улучшение(структура Сотп зерн)

высокая ударная вязкость(КС)