- •Конспект лекций
- •1.1.2. Классификация легирующих элементов
- •1.1.3. Маркировка легированных сталей
- •1.1.4. Примеси в сталях
- •Газы в стали
- •1.2. Фазы в легированных сталях
- •1.2.1. Твердые растворы на основе железа
- •Закономерности образования твердых растворов замещения
- •Закономерности образования твердых растворов внедрения
- •1.2.3. Влияние легирующих элементов на свойства феррита
- •1.2.4. Влияние легирующих элементов на свойства аустенита
- •1.2.5. Влияние легирующих элементов на термодинамическую активность углерода
- •1.2.6. Образование карбидов и нитридов
- •Карбиды и нитриды металлов IV - V групп (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta)
- •Карбиды и нитриды металлов IV, V групп – это фазы внедрения
- •Карбиды и нитриды металлов VI группы
- •Карбиды металлов VII группы (марганец)
- •Карбиды металлов VIII группы (железо)
- •Электронные соединения
- •Сигма-фазы
- •Фазы Лавеса
- •Геометрически плотноупакованные фазы
- •1.2.8. Неметаллические включения
- •1.2.9. Влияние легирующих элементов на полиморфное превращение в железе
- •1.2.10. Влияние легирующих элементов на критические точки стали
- •2. Фазовые превращения в легированных сталях
- •2.1. Влияние легирующих элементов на образование аустенита при нагреве
- •2.1.1. Структурная перекристаллизация стали при полиморфном превращении
- •Исходная неупорядоченная структура
- •Исходная упорядоченная структура. Структурная наследственность в стали
- •2.1.2. Растворение карбидов и нитридов в аустените
- •2.1.3. Рост зерна аустенита при нагреве
- •2.2. Превращение переохлажденного аустенита
- •2.2.1. Влияние легирующих элементов на устойчивость переохлажденного аустенита
- •2.2.2. Влияние легирующих элементов на перлитное превращение
- •2.2.3. Влияние легирующих элементов на бейнитное превращение
- •3.1 Классификация специальных сталей
- •Конструкционные стали
- •3.2.1 Требования к конструкционным сталям
- •3.2.2 Механизмы упрочнения конструкционной стали
- •3.2.3 Строительные стали Требования, предъявляемые к строительным сталям
- •Углеродистые стали
- •Низколегированные строительные стали
- •Стали повышенной прочности
- •Высокопрочные стали
- •Стали с карбонитридным упрочнением
- •Малоперлитные стали
- •Бейнитные стали
- •Низкоуглеродистые мартенситные стали
- •Арматурные стали
- •Упрочняющие обработки, применяемые для строительных сталей
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •3.2.4 Машиностроительные конструкционные стали Общие требования к машиностроительным сталям и их классификация
- •Стали, применяемые для изготовления изделий методом холодной штамповки (глубокой вытяжки)
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Стали для цементации и нитроцементации
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Улучшаемые стали
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Пружинные стали
- •Классификация пружинных сталей
- •Применяемые стали общего назначения
- •Термическая обработка пружинных сталей общего назначения
- •Пружинные стали специального назначения
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Подшипниковые стали
- •Основные требования к подшипниковым сталям
- •Классификация подшипниковых сталей
- •Легирование подшипниковых сталей
- •Термическая обработка деталей подшипников из сталей
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •3.3 Высокопрочные конструкционные стали
- •3.3.1 Легированные низкоотпущенные стали
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •3.3.2 Высокопрочные дисперсионно-твердеющие стали
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •3.3.3 Мартенситностареющие стали
- •Классификация мартенситностареющих сталей
- •Принцип легирования мартенситностареющих сталей
- •Достоинства и недостатки мартенситностареющих сталей
- •Термообработка мартенситностареющих сталей
- •Экономнолегированные мартенситностареющие стали
- •Области и перспективы применения мартенситностареющих
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •3.3.4 Метастабильные аустенитные стали (мас) Особенности мас
- •Использование мас для повышения стойкости деталей
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •4. Инструментальные стали
- •4.1. Классификация инструментальных сталей
- •4.2. Стали для режущего инструмента
- •Углеродистые инструментальные стали
- •Легированные стали
- •Быстрорежущие стали
- •Твердые сплавы
- •4.2. Штамповые стали
- •Стали для инструмента холодного деформирования
- •Стали повышенной (высокой) износостойкости
- •Стали с высоким сопротивлением смятию
- •Высокопрочные стали с повышенной ударной вязкостью
- •Стали для инструмента горячего деформирования
- •5. Конструкционные стали специального назначения
- •5.1. Криогенные стали (стали для криогенной техники)
- •Аустенитные криогенные стали
- •Ферритные криогенные стали
- •5.2. Износостойкие стали
- •Кавитационностойкие стали с метастабильным аустенитом
- •5.3. Стали с повышенной обрабатываемостью резанием
- •5.4. Рельсовые стали
- •5.5. Коррозионностойкие стали и сплавы Основные понятия и определения.
- •Мартенсито-ферритные и мартенситные стали
- •Ферритные стали
- •Аустенитные стали
- •Аустенито - ферритные стали
- •Сплавы на железоникелевое и никелевой основе
- •5.6 Жаростойкие стали и сплавы
- •Хромистые и хромоалюминиевые стали ферритного класса
- •Стали мартенситного класса
- •Стали и сплавы аустенитного класса
- •5.7 Жаропрочные стали и сплавы
Ферритные стали
Ферритные стали 08Х18, 12Х17, 15Х25Т и др. имеют низкое содержание углерода (до 0,15 %) и большое количество хрома (от 1718 до 30 %). Кроме того, в них могут присутствовать сильные карбидообразующие и нитридообразующие элементы: титан, ниобий, реже – ванадий, а также молибден.
Эти стали имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, водных растворах аммиака, смеси азотной, фосфорной и фтористоводородной кислот, горячих растворах щелочей. Они обладают наибольшей прочностью при коррозии под напряжением. Коррозионная стойкость этих сталей тем больше, чем больше в них хрома и меньше углерода и азота, т. к. присутствие последних увеличивает склонность к межкристаллитной коррозии (МКК), высокой коррозионной стойкостью обладают супперферриты типа 015Х18М2Б (0,015 %С).
Применяются ферритные стали для изготовления оборудования заводов пищевой и лёгкой промышленности, консервных заводов, предметов домашнего обихода и кухонной утвари, теплообменного оборудования в энергомашиностроении.
Недостатками сталей ферритного класса являются:
Склонность к сильному росту зерна при температурах выше 870 С В связи с отсутствием полиморфного превращения рост ферритного зерна – необратимое явление. Крупнозернистые стали более склонны к МКК.
475 – градусная хрупкость. Развивается после нагрева и выдержки при температурах 350540С. Считают, что это связано с образованием в приграничных участках зёрен зон упорядоченного α/– твёрдого раствора. а при длительных выдержках – с расслоением твёрдого раствора на упорядоченные α/ и неупорядоченные α участки по всему объёму зёрен. Области высокохромистой α/ фазы препятствуют перемещению дислокаций. Для устранения 475 - градусной хрупкости сталь следует кратковременно нагреть при температуре, превышающей область развития хрупкости, т. е. более 550С, и быстро охладить в интервале температур 540350С, где развивается этот вид хрупкости.
Хрупкость вследствие выделения из α-твёрдого раствора -фазы (сигматизация) в интервале температур 550-850С при длительной выдержке.
-фаза – интерметаллидное соединение FeCr(содержит 45% Сr). Эта фаза отличается высокой твёрдостью и хрупкостью. Выделение-фазы обедняет твёрдый раствор хромом и снижает коррозионную стойкость стали. В связи с этим-фаза является вредной фазой и её нужно избегать. Холодная пластическая деформация способствует выделению-фазы. Для устранения-фазы нужно сталь нагреть до 870950С с выдержкой 1 час. а затем охладить в воде, чтобы исключить попадание в опасный интервал.
4. Склонность к МКК. МКК связана с обеднением приграничных районов хромом при выделении карбидов и карбонитридов хрома по границам зёрен. Мелкозернистые стали менее склонны к МКК, т.к. у них больше протяжённость границ и меньше карбидов и карбонитридов типа (FeCr)23(CN)6приходится на единицу поверхности. Уменьшается и доля вредных примесей P, Sb, Pв.
Для борьбы с МКК снижают содержание углерода и азота в твёрдом растворе до 0,0100,015 %С, вводят в сталь сильные карбидообразующие элементы Тi и Nb, которые связывают С и N в карбиды и карбонитриды Nb(CN);Ti(CN), аCrостаётся в твёрдом растворе и обеспечивает требуемую коррозионную стойкость.
При термической обработке необходимо учитывать опасные температурные интервалы, в которых происходит охрупчивание, и избегать нагрева в этих интервалах. Существует два вида термообработки ферритных хромистых сталей (рисунок 5.2).
рисунок 5.2Схема термической обработки хромистых ферритных сталей. |
Первый вид термообработки – стабилизирующий отжиг при 560800С с учётом временных характеристик τminи τ475min, охлаждение на воздухе. Отжиг ставит целью: 1) уменьшение внутренних напряжений; 2) борьбу с 475- хрупкостью; 3) уменьшение склонности с МКК, т. к. при отжиге происходит коагуляция карбидов хрома и их частичное растворение, а также выравнивание состава феррита по хрому и ликвидация обеднённых хромом участков за счёт диффузионных процессов.
Второй вид обработки – закалка с нагревом в интервале 870-950 С в течение 1 часа с охлаждением в воде. Такая обработка: 1) устраняет хрупкость при выделении-фазы, т. к. при нагреве-фаза растворяется, а при быстром охлаждении не успевает выделиться; 2) уменьшает склонность к МКК за счёт частичного растворения карбидов хрома и перевода углерода в специальные карбиды титана и ниобия.