Материаловедение. Шпаргалка

Легированные стали повышенной прокаливаемости, не обладающие теплостойкостью (11ХФ, 13Х, ХВСГ, 9ХС, Х, В2Ф), пригодны для резания материалов невысокой прочности, их используют для инструмента, который не подвергается в работе нагреву. Легированные стали по сравнению с углеродистыми обладают большей прокаливаемостью.

Быстрорежущие стали (Р6М5, Р12Ф3, Р8М3) обладают высокой теплостойкостью и имеют высокую твердость, прочность и износостойкость при повышенных температурах, возникающих в режущей кромке при резании с большой скоростью. Основными легирующими элементами этих сталей являются вольфрам, молибден, кобальт и ванадий.

Углеродистая сталь разделяется на конструкционную (мягкая и сталь средней твердости) и инструментальную (твердую) сталь.

Конструкционная сталь по ГОСТ разделяется на:

1) сталь углеродистая обыкновенного качества, горячекатаная, выплавляемая мартеновским или бессемеровским способом;

2) сталь углеродистая качественная машиностроительная, горячекатаная и кованая, выплавляемая в мартеновских или электрических печах. Эта сталь используется для изготовления более ответственных деталей машин и механизмов.

Для изготовления ответственных деталей машин и металлических конструкций применяют конструкционную легированную сталь.

Тройная легированная сталь. Хром в качестве легирующего компонента способствует увеличению прочности стали и является относительно дешевым. Хром сообщает стали хорошую сопротивляемость износу, а с увеличением количества углерода – высокую твердость вследствие образования карбидов.

Низко– и среднелегированная хромовая сталь широко применяется в авиа-, авто– и тракторостроении, а также в других отраслях машиностроения для изготовления осей, валов, зубчатых колес и других деталей.

Хромовая сталь при содержании 0,4–1,65 % Сг и 0,95-1,15 % С образует группу шарикоподшипниковых сталей. Низколегированную хромовую сталь применяют также для изготовления инструментов. Высоколегированная хромовая сталь является нержавеющей и отличается стойкостью против коррозии не только на воздухе, но и в агрессивных средах. Она сохраняет прочность при повышенных температурах и применяется для изготовления лопаток турбин, цилиндров высокого давления, труб пароперегревателей.

Никель – прекрасный легирующий элемент, но он очень дорог и дефицитен. Его стараются применять в сочетании с хромом и марганцем. Никель увеличивает прочность, вязкость и твердость (после закалки) стали, мало снижая пластичность, сильно повышает прокаливаемость и коррозионную стойкость. После закалки и низкого отпуска никелевая сталь имеет высокую твердость, но не обладает хрупкостью.

Низко– и среднелегированную никелевую сталь применяют в автостроении и ответственном машиностроении. Высоколегированная никелевая сталь отличается особыми свойствами. При содержании кремния свыше 0,8 % повышается прочность, упругость и твердость стали, снижая ее вязкость.

Низкоуглеродистую кремнистую сталь применяют для сооружения мостов и не подвергают термической обработке.

Сталь 55С2, 6 °C2 применяют для изготовления пружин и рессор. После закалки и отпуска эта сталь отличается высоким пределом прочности и упругости.

Марганец повышает твердость и прочность стали, увеличивает ее прокаливаемость и улучшает свариваемость. Легированной марганцевой сталью называют сталь, которая содержит не менее 1 % Мп. В практике применяют низколегированную и высоколегированную марганцевую сталь.

Широкое распространение получила высоколегированная сталь марки Г13, которая обладает очень высокой вязкостью и сопротивляемостью ударному истиранию: из нее изготовляют стрелки и крестовины железных дорог, козырьки землечерпательных машин.

Инструментальная легированная сталь. Для каждого вида инструмента необходимо применять сталь, наиболее подходящую по своим качествам к данным условиям работы.

Низколегированная сталь для режущего инструмента по своей режущей способности не отличается от углеродистой стали и применяется при небольших скоростях резания.

Распространенные марки низколегированной стали для режущих инструментов являются:

1) сталь марки Х – хромовая (для изготовления резцов, сверл);

2) сталь марки 9ХС – хромокремнистая (для изготовления резцов, сверл);

3) сталь марки В1 – вольфрамовая (для изготовления спиральных сверл, разверток).

42. Нержавеющие, теплостойкие и жаропрочные, хладостойкие, электротехнические и износостойкие стали

Коррозионная стойкость стали повышается, если содержание углерода снизить до минимально возможного количества и ввести легирующий элемент, образующий с железом твердые растворы, в таком количестве, при котором повысится электродный потенциал сплава. Сталь, стойкую против атмосферной коррозии, называют нержавеющей. Сталь или сплав, имеющие высокую стойкость при коррозионном воздействии кислот, солей, щелочей и других агрессивных сред, называют кислотостойкими.

Коррозия – это разрушение металлов из-за взаимодействия электрохимического взаимодействия их с окружающей средой. Конструкционные материалы обладают высокой коррозионной стойкостью. Углеродистые и низколегированные стали неустойчивы против коррозии в атмосфере, воде и других средах. Коррозионно-стойкими называют металлы и сплавы, которые способны сопротивляться коррозионному воздействию среды.

Хром – основной легирующий элемент, делающий сталь коррозионностойкой в окислительных средах.

Жаростойкость – это способность металлов и сплавов сопротивляться коррозионному воздействию газов при высоких температурах. Коррозионное воздействие газов приводит к окислению стали при высокой температуре. На интенсивность окисления влияют состав и строение оксидной пленки. Если пленка пористая, то окисление происходит интенсивно, если плотная – замедленно или вообще прекращается.

Для получения плотной оксидной пленки, которая препятствует проникновению кислорода вглубь стали, ее легируют хромом, кремнием или алюминием. Чем больше легирующего элемента в стали, тем выше ее жаростойкость.

Теплостойкость. Для инструментального материала она определяется наивысшей температурой, при которой он сохраняет свои режущие свойства. Теплостойкость применяемых инструментальных материалов составляет от 200 до 1500о С. По степени убывания теплостойкости материалы располагаются в следующем порядке: сверхтвердые, режущая керамика, твердые сплавы, быстрорежущие, легированные, углеродистые стали. Даже при воздействии в течении долгого времени температур высокие жаропрочные свойства должны оставаться на прежнем уровне. Металл горячих штампов должен оказывать устойчивое сопротивление отпуску.

Жаропрочность – это способность стали сопротивляться механическим нагрузкам при высоких температурах. К жаропрочным относят стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение длительного времени. Жаропрочные стали обычно одновременно и жаростойкие.

Ползучесть – это деформация, увеличивающаяся под длительным действием постоянной нагрузки и высокой температуры. Для углеродистых и легированных конструкционных сталей ползучесть наблюдается при температурах выше 350 °C.

Ползучесть характеризуется пределом ползучести, под которым понимают напряжение, вызывающее деформацию стали на определенную величину за определенное время при заданной температуре.

Жаропрочные сплавы. Развитие жаропрочных никелевых сплавов началось с небольших добавок титана и алюминия к обычному нихрому. Добавление менее 2 % титана и алюминия без термической обработки заметно повышает показатели ползучести нихрома при температурах около 700 °C.

Жаропрочные никелевые сплавы подразделяют на деформируемые и литейные. Жаропрочные свойства деформируемых сплавов формируются при термической обработке. Литейные жаропрочные никелевые сплавы по составу сходны с деформируемыми, но обычно содержат большее количество алюминия и титана.

Хладостойкость – способность металла оказывать сопротивление деформации и разрушению, которые могут возникнуть под воздействием низких температур.