2)Конструкционные стали, выбор которых определяется технологичес кими свойствами: стали с высокой обрабатываемостью резанием, свариваемостью, штампуемостью. Состав, марки, обработка, применение.

Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали), конструкций и сооружений (строительные стали).

Стали с повышенной обрабатываемостью резанием

Наиболее часто применяют автоматные стали А12, А20, А40, имеющие повышенное содержание серы (0.08-0.3%), фосфора (<=0.05%) и марганца (0.7-1.0%). Сталь 40Г содержит 1.2-1.55% Мп.

Фосфор, повышая твердость, прочность и охрапчивая сталь, способствует образованию ломкой стружки и получению высокого качества поверхности.

Стали обладают большой анизотропией механических свойств, склонны к хрупкому разрушению, имеют пониженный предел выносливости. Поэтому сернистые автоматные стали применяют лишь для изготовления неответственных изделий -преимущественно нормалей или метизов.

Стали для холодной штамповки Для обеспечения высокой штампуемости отношение _в/о.2 стали должно быть 0.5-0.65 при \|/ не менее 40%. Штампуемость стали тем хуже, чем больше в ней углерода. Кремний, повышая предел текучести, снижает штампуемость, особенно способность стали к вытяжке. Поэтому для холодной штамповки более широко используют холоднокатаные кипящие стали 08кп,

08Фкп (0.02-0.04% V) и 08Ю (0.02-0.07% А1).

Билет 14

1)Строение реальных кристаллических материалов. Характеристика дефектов

кристаллического строения, их влияние на механические свойства твердых тел.

Неоднородный химический состав и внешние условия вызывают дефекты кристаллической решетки. Выделяют дефекты трех типов:

1. точечные (вакансии, внедренные атомы);

2. линейные (краевые и винтовые дислокации);

3. объемные (микропоры, трещины, газовые пузырьки). Точечные дефекты:

Вакансия - отсутствие атома в узле кристаллической решетки.

Внедренные атомы: а) чужеродный атом в узле кристаллической решетки; б) атом вне узла, в межузельном пространстве.

Повышают электропроводимость, а на механические влияют.

Линейные дефекты:

Дислокации: краевые - оборванный край атомной плоскости внутри кристаллической решетки; винтовые -условная ось внутри кристалла, относительно которой закручиваются атомные плоскости в процессе кристаллизации.

При увеличение плотности дислокаций и уменьшении их подвижности

Прочность увеличиваеться в несколько раз Объемные дефекты:

Возникают из-за влияния внешних условий кристаллизации или под действием внешних нагрузок. В результате несколько вакансий дают пору; несколько линейных дислокаций - трещину.

Влияние дислокаций на процесс деформирования кристалла. Наличие дислокаций значительно облегчают движение атомных плоскостей друг относительно друга и способствует уменьшению предела прочности. В результате деформирования дислокации могут выходить за грани кристалла. Под действием значительных усилий в кристалле могут возникать новые дислокации, облегчающие деформирование кристалла (площадка текучести). Дислокации переплетаются.

п - плотность дислокации; Если дислокаций нет, то требуется значительное усилие, чтобы деформировать

материал. Чем больше дислокаций, тем меньше усилие необходимое для деформации

образца. Начиная с некоторой концентрации дислокаций деформация затрудняется,

дислокации мешают движению друг друга. Возникает эффект упрочнения. Структура,

возникающая при большом количестве мешающих друг другу дислокаций.

2)Углеродистые стали обыкновенного качества и качественные. Достоинства и недостатки углеродистых сталей. Влияние постоянных примесей в сталях на их свойства. Маркировка, термическая обработка, свойства, применение.

Углеродистые стали обыкновенного качества. Допускается повышенное содержание вредных примесей, а так же газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями. Наиболее дешевые, технологичные и обладающие прочностью, достаточной для изготовления металлоконструкций различного назначения. Маркируются сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки.

Концентрация марганца в стали Ст1 0,25-0,50%, в стали Стб 0,50-0,80%. Три марки

стали производят с повышенным содержанием марганца(0,80-1,1%), на что указывает

буква «Г» в маркировке: СтЗГпс, стЗГсп, Ст5Гпс.

Содержание кремния зависит от способа раскисления стали: у кипящих - не более

0,05%, у полуспокойных - не более 0,15%, у спокойных - не более 0,30%.

Прокат подразделяют на 4 группы: сортовая сталь, листовая сталь, специальные

профили и трубы.Углеродистые качественные стали. Характеризуются более низким, чем у сталей

обыкновенного качества, содержанием вредных примесей и неметаллических

включенийМаркируются двухзначными числами: 08, 10, 15, 20,..., 60, обозначающими среднее

содержание углерода в сотых долях процента.

Спокойные стали маркируются без индекса, полуспокойные и кипящие соответственно

«пс» и «кп».Содержание кремния: в кипящих сталях не более 0,30%, в полу спокойных 0,05 - 0,17%.

Содержание марганца повышается по мере увеличения концентрации углерода от 0,25

до 0,80%.Низкоуглеродистые стали по назначению подразделяют на 2 подгруппы:

1. Малопрочные и высокопластичные.

2. Цементуемые - стали 15, 20, 25. Предназначены для деталей небольшого размера, от которых требуется твердая, износостойкая поверхность и вязкая сердцевина. Поверхностный слой после цементации упрочняют закалкой в воде в сочетании с низким отпуском.

Среднеуглеродистые стали 30,..., 55 отличаются большей прочностью, но меньшей

пластичностью, чем низкоуглеродистые. Их применяют после улучшения,

нормализации и поверхностной закалки. В улучшенном состоянии - достигаются

высокая ударная вязкость, пластичность и малая чувствительность к концентраторам

напряжений.Влияние некоторых основных легирующих элементов на свойства сталей.

1. Никель. Никель образует твердые растворы внутри легированных сталей, повышается прочность стали, ее устойчивость к высоким температурам (никель -сильный аустенизатор).

2. Хром. Если содержание в стали хрома больше 12%, то сталь - нержавеющая (при условии растворения хрома в кристаллической решетке железа). Хром - сильно карбидообразующий элемент. Из-за образования карбидов коррозионная стойкость стали может уменьшаться. В стали 12Х18Н10Т предотвращено образование карбидов хрома на зёрнах.

3. Вольфрам. Вольфрам повышает твердость и прочность стали. Сильно карбидообразующий элемент. Карбиды вольфрама устойчивы и действуют при температуре выше температуры применения. Вольфрам используют для изготовления инструментальных сталей.

4. Ванадий. Ванадий повышает устойчивость к циклическим нагружениям и высоким температурам.

5. Марганец. Марганец способствует повышению твердости и прочности, обеспечивает высокую вязкость сталей. Кремний - ферритизатор - повышает устойчивость феррита при высоких температурах, то есть такая сталь обладает хорошими электро-магнитными свойствами (феррит - сильный ферромагнетик). Стали с высоким содержанием кремния используются для изготовления сердечников для электроприборов .

Билет 15

Механизм мартенситного превращения. Структура и свойства закаленной стали.

Оптимальные закалочные температуры до- и заэвтектоидных сталей.

При увеличении скорости охлаждения аустенит переохлаж­дается до температур, при кото­рых происходит его бездиффу­зионное превращение и образу­ется мартенсит (НВ 600-650). Мартенсит стали представляет собой пересыщенный твердый * раствор углерода в -железе и имеет тетрагональную кристал­лическую решетку. Превраще­ние аустенита в мартенсит про­исходит в интервале температур (рис. 9.2), который зависит от содержания углерода и леги­рующих элементов. Экспериментально построенные для всех сталей термокинетические диаграммы позволяют определить минимальную скорость охлаждения, называемую критической скоростью закалки Vкр, при которой аустенит привращается только в мартенсит при температуре Мн и ниже.

Рис. 9.2. Зависимость темпе­ратуры начала (М_н) и конца (MJ мартенситного превра­щения от содержания угле­рода в стали

Термокинетическая диаграмма - важная характеристика, позволяющая предсказывать вид фазового превращения и возможную структуру стали в зависимости от скорости ее охлаждения. Итак, при охлаждении стали со скоростью, большей Vкр.- неравновесная фаза - пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Fе(альфа). Кристаллы мартенсита, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью, равной скорости звука в стали (примерно 5000м/с). Их росту препятствует граница зерна аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита. Происходит закономерная перестройка решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются на расстояния, не превышающие межатомные. При этом перестройка происходит по тем кристаллографическим плоскостям исходной модификации, которые по строению одинаковы, а по параметрам близки к определенным плоскостям кристаллической решетки образующей фазы, т.е. выполняется принцип структурного и размерного соответствия. Для мартенситного превращения характерно, что растущие кристаллы мартенсита когерентно связаны с кристаллами исходной фазы (соприкасаются по той поверхности кристалла, которая является общей для их кристаллических решеток). При нарушении когерентности решеток интенсивный упорядоченный переход атомов из аустенита в мартенсит становится невозможным, и рост кристалла мартенсита прекращается. Мартенсит имеет тетрагональную пространственную решетку. Свойства мартенсита сталей

от количества растворенного в нем углерода. Мартенсит имеет очень высокую твердость, равную или превышающую 60HRC, при содержании углерода, большем 0.4%. С увеличением количества углерода возрастает хрупкость мартенсита. Мартенситное превращение в сталях сопровождается заметным увеличением объема, меняются и другие физические свойства стали.

Рис. 9.1. Термокинетаческая диаграмма стали 45

Доэвтектоидные стали подвергают полной закалке: опти­мальной является температура нагрева, превышающая точку /Цrfa 30...50°С Заэвтектоидные стали подвергают неполной закал­ке: оптимальной является температура нагрева, превышающая точку Af. на 30...50°С зависят (рис. 9.4). При неполной закалке заэвтектоидной стали в структуре сохраняется цементит, который по­вышает твердость и износостойкость. Неполная закалка для до-эвтектоидной стали не рекомендуется, так как зерна избыточ­ной фазы феррита понижают твердость стали. Для получения однородного аустенита к моменту охлаждения при закалке нуж­на определенная выдержка.

Рис. 9.4. Оптимальные температуры нагрева под закалку для довтектоиндных и заэвтектоидных сталей: Ф - Феррит, А - аустеннт; Цц - вто­ричный цементит; П — перлит