Структура, термическая обработка и свойства легированных сталей разного назначения.

17.4 Какова основная цель легирования улучшаемых машиностроительных сталей?

Основные задачи: получение изделия с высокой твердостью, контактной выносливостью, высокой прокаливаемостью и закаливаемостью. Так же стали должны хорошо обрабатываться резанием. Сталь не должна быть склонна к внутреннему окислению, образованию избыточных карбидов (карбонитридов) при насыщении. После закалки слой должен иметь мартенситно-аустенитную структуру без продуктов перлитного и промежуточного превращений переохлажденного аустенита.

17.5 Что такое прокаливаемость? Как её определяют?

Прокаливаемость – глубина проникновения закаленной зоны (зоны в которой образовался мартенсит). Для определения используют метод торцевой закалки. Прокаливаемость определяется критической скоростью закалки, зависящей от состава стали. Легированные стали вследствие более высокой устойчивости переохлажденного аустенита и, соответственно, меньшей критической скоростью охлаждения прокаливаются на большую глубину, чем углеродистые. Сильно повышают прокаливаемость Mn, Mo, Cr, Ni.

Почему охлаждение с температуры отпуска улучшаемых легированных сталей проводят ускоренно?
Предотвращают обратимую отпускную хрупкость, образующуюся при переходе сорбита отпуска в перлит.

17.6 Как осуществляют цементацию сталей?

Цементация (науглероживание) заключается в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в соответствующей среде – карбюризаторе. В связи с гораздо более высокой растворимостью углерода в γ-Fe по сравнению с α-Fe цементацию проводят в аустенитной области при температурах выше точки Ас3 (930…950 °С).

От каких факторов зависит свариваемость сталей?

Свариваемость сталей напрямую зависит от их химического состава, в первую очередь, от содержания углерода - стали перестают быть свариваемыми при %C<=0.2% масс.

Почему сталь для арматуры в железобетоне содержит мало углерода?

Элементы арматуры делятся на жёсткие (прокатные двутавры, швеллеры, уголки) и гибкие (отдельные стержни гладкого и периодического профиля, а также сварные или вязаные сетки и каркасы). Арматурные стержни могут быть стальными (сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций), композитными (композитная полимерная для армирования бетонных конструкций ГОСТ 31938-2012), древесного происхождения (бамбуккар) и др.

Так как мы рассматриваем только стальное жесткое и гибкое армирование железобетона, то соединения этих элементов выполняются сварными, что требует низколегированных низкоуглеродистых сталей. Также роль в свойствах арматуры играет сам бетон, который устойчив только к нагрузкам на сжатие, но не на изгиб и растяжение. Следовательно, твёрдые и хрупкие элементы армирования не будут устранять этот недостаток.

17.7 Стали какого химического состава подвергают цементации?

Цементации подвергают детали из низкоуглеродистой стали, содержащей не более 0,25 % С. С тем, чтобы после цементиции, закалки и низкого отпуска получить твердый поверхностный слой и мягкую сердцевину.

17.9 Опишите особенности термической обработки быстрорежущей стали Р18.

БР 18 сначала подвергается изотермическому ступенчатому отжигу для получения равномерного распределения карбидов ледебурита. После сталь подвергают закалке в масле высокой температуры (1270-1290). После сталь подвергают трехкратному отпуску (для того, чтобы весь остаточный аустенит превратился в мартенсит), во время которого наблюдается вторичное твердение.

17.10 Почему твёрдость быстрорежущей стали после отпуска выше, чем после закалки?

После закалки сталь содержит большое количество остаточного аустенита высоколегированный мартенсит и нерастворенные избыточные карбиды.. При отпуске остаточный аустенит превращается в мартенсит и выделение дисперсных карбидов из мартенсита и остаточного аустенита. Этот процесс называется вторичным твердением. Превращение остаточного аустенита в мартенсит, равномерное распределение выделившихся карбидов (цементит и спецкарбиды) вызывает твердение стали при отпуске после закалки.

Опишите термическую обработку и микроструктуру подшипниковых сталей.

Обработка: сфероидизирующий смягчающий отжиг (для получения зернистого цементита (Fe, Cr)3C), мех. обработка, закалка в масле с 850 оС, (обработка холодом для уменьшения кол-ва остаточного аустенита и стабилизации размеров), низкий отпуск при 160 оС (для уменьшения закалочных напряжений).

Микроструктура: В качестве примера показана микроструктура стали ШХ15 после закалки с температуры 830 °С и отпуска при температуре 160 °С в течение 2 ч. Это отпущенный мелкоигольчатый мартенсит и равномерно распределенные избыточные карбиды (рисунок).

Какие требования предъявляют к штампуемым сталям?

Штамповка - процесс обработки металлов давлением, при котором формообразование детали осуществляется в специализированном инструменте — Штампе, состоящем из Пуансона и Матрицы, между которыми под давлением зажимается плоский или объемный образец (лист, лента, что угодно).

•Равноосность зерен, не должно быть волокнистой структуры, иначе появится анизотропия механических свойств

•Однородность размеров зёрен, разнозернистость приводит к неоднородности деформации при штамповке и образованию трещин

•Оптимальный размер зерна d=15-30 мкм.

При d>30 мкм возникает шероховатая «апельсиновая корка» – поверхностный рельеф из-за различия деформационного рельефа в разных зернах.

При d<15 мкм увеличивается жёсткость и упругость материала, он пружинит при штамповке и требует увеличения числа штамповочных переходов.

III. Цветные сплавы.