Влияние легирующих элементов на структуру и свойства улучшаемых сталей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Политехнический институт

Кафедра физики металлов и материаловедения

Контрольная работа № 2

По теме: Влияние легирующих элементов на структуру и свойства улучшаемых сталей.

по учебной дисциплине (модулю)

«МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

Уровень профессионального образования: высшее образование – бакалавриат Направление ФММ подготовки:

150100  «Материаловедение и технологии материалов»

Профиль ФММ подготовки:

«Материаловедение и технология новых материалов»

Квалификация выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Выполнил:                                                                        

Группа: 622681                                                                 Федоричев П. В.

Руководитель работы:                                                      Мельниченко Н. В.    

Тула 2021 г.

1. Краткие сведения из теории

Прочность материала в сложно нагруженном состоянии не является определяющим свойством, так как изменение размеров в упругой области напряжений от изгиба или кручения зачастую бывают больше, чем от растяжения или сжатия. По этим причинам для деталей машиностроения главным свойством, определяющим надёжность работы детали и изделия, является ударная вязкость.

Значение вязкости во многом зависит от легирования не только углеродом, который повышает прочность (твердость) стали в закаленном состоянии, но и от содержания ЛЭ: Mn, Cr, Ni и Mо. Чтобы сталь имела высокую вязкость, она должна иметь ферритную основу, а феррит - мелкозернистое строение. Прочность стали повышает карбидная фаза глобулярной формы.

Принципы легирования улучшаемой стали

В пределах растворимости углерод повышает прочность феррита, но снижает его вязкость. За пределом растворимости он образует карбидную фазу, увеличивая прочность стали, но снижает её вязкость. По этому, улучшаемые стали содержат до 0,5 % С.

 Для улучшения свойств деталей применяют стали легированные Mn, Cr, Ni, которые одновременно повышают прочность и вязкость и элементами способствующими измельчению зерна: Mo, Nb, V. Лучшим сочетанием является комбинация Cr – Ni – Mo.

Mn повышает вязкость феррита при концентрациях до 0,8 %, увеличивает прокаливаемость стали. Недостаток:  Mn - способствует росту зерна, увеличивает содержание остаточного аустенита в закаленной стали.

Cr (до 1 %) является одним из основных ЛЭ. Повышает вязкость и прокаливаемость, незначительно сдерживает рост зерна и при отпуске измельчает карбидную фазу. В сочетание с Mo (~  0,35 %) придает стали достаточно высокую прокаливаемость и мелкое зерно.

Для повышения теплостойкости и прочности деталей используют стали с содержанием Cr более 3 % и пониженным содержании углерода.

Ni - повышает прочность и вязкость стали, снижает температуру хрупко-вязкого перехода, сдерживает рост зерна при нагревании стали, уменьшает чувствительность стали к наличию концентраторов напряжений. В сочетании с Cr, увеличивает прокаливаемость.

Для увеличения прокаливаемости и с целью экономии применяют стали в которых Ni в пределах 1 % заменяют 1 % Mn. Никельсодержащие стали имеют высокую стоимость.

Mo содержащийся в хромоникелевых сталях  подавляет отпускную хрупкость.

Si сильно увеличивает прочность феррита, сдвигает интервал отпускной хрупкости I-го рода в область более высоких температур, что бывает важным для некоторых деталей, от которых требуется высокое значение условного предела текучести.

Недостаток. При концентрациях выше 0,8 % Si снижает ударную вязкость. В сочетании с Cr и Mn вызывает отпускную хрупкость II-го рода.

Взаимодействие ЛЭ с углеродом

ЛЭ образуют твердые растворы с железом и между собой. Важную роль имеет взаимодействие их с углеродом. Способность ЛЭ к образованию карбидов в стали, определяется их сродством к С. Если сродство ЛЭ к С больше, чем у железа, то будет образовываться карбид на основе ЛЭ, а не цементит.