Термическая обработка легированных сталей
жүктеу/скачать 294 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Рис. 7.1. Схема диаграмм состояния железо - легирующий элемент
- Механические свойства легированных сталей
- Характеристика стали Режим
- 18ХГТ Цементуемая
- Влияние термической обработки на свойства сталей
- Марка стали Класс, тип стали Направление изменения свойств
- После закалки (масло)
- В мартенситостареющей стали в процессе закалки образуется пластичный мартенсит, однако при последующем нагреве, благодаря процессам «старения», наблюдается существенное повышение твердости.
- Свойства легированных сталей после термообработки
| Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А 7
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ Наилучший комплекс механических и физических свойств или особо высокий уровень одного из них (износостойкость, коррозионную стойкость, жаростойкость и др.) можно получить используя легированные стали. Легированными (специальными) сталями называют стали, в которые для получения требуемых свойств вводят специальные добавки (чаще всего ферросплавы), содержащие необходимые химические элементы. Эти химические элементы, вводимые в сталь в определенных количествах с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами. Наиболее распространенными легирующими элементами являются: кремний (более 0,4%), марганец (более 0,7%), хром и никель. Реже легированные стали содержат вольфрам, молибден, титан, ванадий, ниобий и др.
и свойства сталей Влияние элементов на полиморфизм железа. Все элементы, которые растворяются в железе, сдвигают критические точки А3 и А4 по температурной шкале, приводя к расширению области существования γ-модификации (в сталях – аустенита, рис.7.1.а) или к ее сужению вплоть до «выклинивания» (рис. 7.1.б). В первом случае свыше определенного содержания легирующего элемента (никель, марганец) образуются аустенитные сплавы (стали), во втором (хром, кремний) – ферритные. 
Рис. 7.1. Схема диаграмм состояния железо - легирующий элементВ аустенитных сталях матричной (основной) фазой является аустенит (γ), имеющий ГЦК – решетку и обладающий парамагнитизмом («немагнитен»). Ферритные стали в качестве матричной фазы имеют феррит (α) с ОЦК – решеткой, который при температуре ниже точки Кюри (для железа - 768°С) обладает ферромагнетизмом («магнитен»). Влияние легирующих элементов на кинетику распада аустенита. В первом приближении, влияние легирующих элементов заключается, во-первых, в повышении устойчивости аустенита к распаду с образованием перлита и, во-вторых, в понижении (кроме кремния) температуры начала мартенситного превращения. Это позволяет разделить все многообразие легирующих сталей на три класса, исходя из характера структуры получаемой при охлаждении на воздухе: - перлитный класс; при охлаждении на воздухе образуется перлит(рис. 7.2.а); - мартенситный класс; при охлаждении на воздухе образуется мартенсит, так как критическая скорость закалки ниже скорости охлаждения на воздухе, а температура начала мартенситного превращения находится выше комнатной температуры (рис. 7.2.б);
Рис. 7.2. Диаграммы распада аустенита сталей разных классов Повышение устойчивости аустенита при введении легирующих элементов ведет к увеличению прокаливаемости стали (способность стали закаливаться на определенную глубину). Прокаливаемость стали является важной характеристикой, особенно конструкционных сталей, используемых в машиностроении. Повышенная прокаливаемость стали, оцениваемая по расстоянию от поверхности закаленного образца до полумартенситной зоны (50% мартенсита и 50% троостита) или критическим диаметром (наибольший диаметр цилиндрического образца, в сердцевине которого в результате закалки на мартенсит получают не более 50% троостита), позволяет даже при закалке массивных деталей получить сквозную мартенситную структуру, обеспечивающую равномерность механических свойств по сечению изделия после отпуска. Прокаливаемость стали может быть особенно увеличена при совместном легировании несколькими элементами: для конструкционных сталей типично сочетание хрома и никеля; для инструментальных – хрома, вольфрама и молибдена. Так из рис.7.3. видно, что легирование инструментальной стали хромом в количестве 1% (сталь 90Х) уменьшает критическую скорость закалки в пять раз, а дополнительное введение 4% вольфрама позволяет получать мартенситную структуру, охлаждая сталь на воздухе.
Рис.7.3. Влияние легирующих элементов (Cr и W) на характер диаграммы изотермического распада аустенита. а – сталь У8; б – сталь 90Х; в – сталь 90ХВ4 Образование легирующими элементами самостоятельных фаз. При введении в сталь легирующие элементы могут быть растворены в феррите и аустените, повышая их прочность, коррозионостойкость (хром. никель), износостойкость (марганец) и жаростойкость (хром, молибден). Некоторые элементы, например, хром и марганец, могут находиться в составе цементита, также повышая его прочность. Однако значительно большее влияние на свойства стали легирующие элементы оказывают, образуя самостоятельные карбидные фазы, такие как – Cr7C3, Cr23C6, Мо2C, W2C, VC, NbC, ТiC и др. Образование дисперсных карбидных фаз приводит к дополнительному повышению прочности улучшаемых сталей, возрастает их износостойкость, что особенно заметно проявляется при использовании инструмента из стали, легированной вольфрамом и молибденом. В сталях с значительным (несколько процентов) содержанием двух и более легирующих элементов высокий уровень механических характеристик достигается благодаря образованию интерметаллидных фаз – химических соединений, образованных металлами (например: Ni3Ti, Ni3Al).
Маркировка. Обозначения марок сталей состоят из небольшого числа цифр и букв, указывающих на примерный состав стали. Каждый легирующий элемент обозначается буквой: Н – никель, Х – хром, Г – марганец, С – кремний, М – молибден, В – вольфрам, Т – титан, Ф – ванадий, Б – ниобий. Первые цифры в марке конструкционных сталей показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента; в марке инструментальных сталей – в десятых долях процента (при содержании углерода 1% цифра может упускаться). Цифра, идущая после буквы, указывает на примерное содержание данного легирующего элемента в процентах (при содержании элемента менее или около 1% цифра отсутствует). Пример: 30ХГС – 0,28…0,35% С, 0,8…1,1% Сr, 0,9…1,2% Mn, 0,8…1,2% Si. Высококачественная легированная сталь (P и S менее 0.025% каждого) в конце обозначения марки стали имеет букву А.
По структуре, получаемой при нормализации (охлаждение на воздухе), легированные стали, как отмечалось выше, подразделяются на три класса:
По назначению легированные стали подразделяются на:
Все эти классификации при характеристике легированных сталей используют совместно. Например, сталь 12Х18Н10Т –высоколегированная нержавеющая сталь аустенитного класса; сталь 50ХФА – малолегированная пружинная сталь перлитного класса.
Конструкционные стали. Ответственные детали из улучшаемых легированных сталей подвергаются закалке с отпуском. температура отпуска существенно влияет на уровень механических характеристик. Это хорошо иллюстрирует, на примере хромоникелевой стали с различным содержанием углерода, рис.7.4. 
Рис.7.4. Влияние температуры отпуска на механические свойства (σв и ψ) хромоникелевой стали; а – малоуглеродистая сталь; б – среднеуглеродистая сталь
Марки улучшаемых сталей: 40Х, 40ХНМ, 30ХГС, 38ХН3МФ и др. Цементуемые легированные стали после закалки от 780…800°С подвергают низкому отпуску при 180…200°С, что обеспечивает сохранение после закалки высокой твердости поверхностного слоя цементованной детали. Марки цементуемых сталей: 20ХН, 18ХГТ, 12Х2Н4, 18Х2Н4В и др. Низкий отпуск при температуре 120…160°С проводят и на деталях из шарикоподшипниковой стали (ШХ9, ШХ15), обеспечивая высокую их износостойкость. Благоприятное сочетание прочностных и упругих свойств пружинных сталей (например, сталь 60С2) достигается путем проведения после закалки от 870°С в масле среднего отпуска при температуре 460°С. Инструментальные стали. Режущий инструмент из легированных сталей, кроме быстрорежущих, (9ХС, ХВГ, ХГСВФ, ХВ5 и др.), предназначенный для обработки древесины и металла в легких условиях резания, подвергается термообработке по схеме: закалка от 800…830°С в масле с низким отпуском при температуре 150…200°С. Режущий инструмент по металлу в тяжелых условиях резания изготавливается из быстрорежущих сталей, содержащих в обязательном порядке 6…18% вольфрама, а также хром, ванадий, кобальт, молибден (Р18, Р9, Р9К5, Р9Ф5, Р6М5 и др.). Окончательная термообработка такого инструмента включает закалку от 1250°С и 2…4-х кратный отпуск при 580°С. Иногда после закалки инструмент подвергают обработке холодом (- 80°С). после чего проводят однократный отпуск. При термической обработке штампового инструмента, благодаря повышенной стойкости к отпуску по причине присутствия 2 % вольфрама (например 4ХВ2С, 6ХВ2С), после закалки от 860…900°С (масло) применяют средний отпуск при температуре 420…440°С. Механические свойства некоторых марок конструкционных и инструментальных сталей после термообработки приведены в таблице 7.1. Нержавеющая (коррозионностойкая) сталь. Вид и режим термической обработки нержавеющей стали зависит от ее класса. Нержавеющие стали аустенитного класса (например, классическая хромоникелевая «нержавейка»: 12Х18Н10Т) подвергают закалке от 1050…1100°С без отпуска. Хромоникелевая сталь после закалки имеет повышенную коррозионную стойкость и высокую пластичность. Нержавеющие стали мартенситного класса (30Х13) подвергают упрочняющей закалке от 1000…1050°С (воздух) с последующим низким или высоким отпуском. Среди нержавеющих сталей особо благоприятным комплексом свойств обладают малоуглеродистые стали сложного состава с аустенито-мартенситной структурой, так называемые мартенситостареющие стали (например, 03Х10Н11МД2Т). Данные стали после закалки от 950°С (воздух) имеют высокую пластичность, но в процессе последующего нагрева (в данном случае - старения) при температуре 400..500°С они упрочняются за счет выделения интерметаллидных фаз (при наличии алюминия – NiAl, Ni3Al, при наличии титана – NiTi, Ni3Ti), сохраняя при этом высокую коррозионную стойкость. Ферритные стали (08Х17Т) подвергают только нормализации от 780°С. Механические свойства некоторых нержавеющих сталей приведены в таблице 7.1. Таблица 7.1Механические свойства легированных сталей
В целом, изменение свойств при проведении термической обработки определяется классом стали и процессами протекающими при нагреве и охлаждении стали, В таблице 7.2 показано качественно изменение твердости сталей различных классов после закалки в одной и той же среде и отпуска, а также приведены результаты магнитной пробы. Таблица 7.2Влияние термической обработки на свойства сталей
Примечание: ↑ – увеличение; ↑↑ − сильное увеличение; ↓ – уменьшение; О − без изменения; + «магнитится»; – «не магнитится» Видно, что отсутствие фазовых превращений в аустенитной и ферритной стали не вызывает заметных изменений свойств при термообработке. Данные стали отличаются\ одна от другой реакцией на магнитное поле: образец ферритной стали притягивается магнитом («магнитится»), а аустенитной стали не притягивается («не магнитится»).В процессе закалки (масло) сталь перлитного класса отличается образованием, кроме закалочных структур, продуктов диффузионного превращения, что проявляется в меньшем увеличении твердости, по сравнению со сталью мартенситного класса, обладающей более высокой прокаливаемостью.В мартенситостареющей стали в процессе закалки образуется пластичный мартенсит, однако при последующем нагреве, благодаря процессам «старения», наблюдается существенное повышение твердости.Сведения, приведенные в таблице 7.2, можно использовать при проведении экспертизной работы. по получению предварительной информации о легированных сталях. ЗАДАНИЕ
Таблица 1Свойства легированных сталей после термообработки
жүктеу/скачать 294 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
