Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Ноября 2011 в 14:32, курс лекций
Число Ме сплавов, применяемых в технике, очень значительно и измеряется многими тыс шт. Оно постоянно возрастает в соответствии с возникающими новыми и разнообразными требованиями многих обл пром-ти.
Растворение л.э. м происходить по типу внедрения или замещения. Все вышеперечисленные – это замещение.
Тв. раствор внедрения с Fe образуют элементы с малыми ат r (B=0,91 Ǻ, C=0,77; N=0,71; O=0,63; U=0,46). Тв раствор внедрения всегда ограничен, т.к. атомы внедрения занимают лишь вакантные междоузлия, т.е. тетра и октаэдрические поры в реш Ме-растворителя.
Si занимает особое место среди л.э., у него резко отличающийся от Fe тип крист реш, существенно меньше ат радиус и отличное от Fe строение атома. Возм, именно поэтому Si, растворяясь в феррите больше, чем другие элементы, влияет на его свойства, повышает прочность, снижает вязкость.
Л.э. др элементами, как пр, приводит к упрочнению и чаще всего к некот снижению вязкости феррита, только Ni и в неб количествах Mn при введении в феррит повышают его вязкость.
Взаимодействие
л.э. с С мб обобщено относительными
показателями степени хим сродства л.э.
к углероду по сравнению с Fe .
Рассмотрим темпер плавления некот карбидов основных л.э.. По некот м приближённо судить о сравнительной устойчивости карбидов и соответственно, о степени хим сродства л.э. к %С. Чем выше Тпл , тем выше связь
Тпл карбидов
осн л.э. некот сталей
| Тип карбидов | Fe3C | Mn3C | Cr7C3 | Mo2C | WC | VC | TiC | ZrC |
| Тпл , 0С | 1500 | 1480 | 1940 | 2900 | 2900 | 3100 | 3450 | 3800 |
Такие л.э., как Ni, Co, Si имеют меньше хим сродство к С, чем Fe и поэтому учитывают большую массу атомов Fe в стали. В карбидообразовании Ni, Co, Si не участвуют – это приводит к тому, что эти элементы при введении их в сталь растворяются в феррите и их влияние на свойства стали определяется только их влияние на свойства феррита.
Л.э. с хим сродством бОльшим, чем у Fe: Mn, Cr, Mo, W, V, Ni, Zr образуют в стали карбиды, при этом Mn имеет сродство к С, близкое к Fe, неограниченно растворяется в цементите и даёт общий с Fe карбид FeMn3C. Отличаясь значительной растворимостью в феррите Mn, введённый в сталь, присутствует и в феррите, и в карбидах в разл соотношении. Между ферритом и карбидом располагаются др карбидообразующие элементы, при этом чем ниже сродство л.э. к С, тем больше его часть связывается в карбид и меньше находится в α-растворе.
Малое отличие сродства Mn по сравнению с Fe приводит к тому, что большая его часть растворяется в феррите, а меньшая – участвует в образовании карбида типа FeMn3C.
При л.э. Mn в констр сталях в широком интервал концентраций происходит непрерывное обогащение им Ф и карбида в постоянном соотношении. При таком поведении Mn при л.э. этим элементом свойства стали с увеличением его содержания должна изменяться непрерывно, если иногда в изменении свойств наблюдается нарушение непрерывности, то причиной этого служит не изменение состава Ф или карбида, а появление новой неравновесной составляющей структуры.
При Л стали элементом с выс степ сродства к С закономерность их распределения между карбидами и Ф сущ ниже, чем в случае с Mn.
V, Ti, W, Zr образуют с С карбид данного типа – МеС. Считается, что для этих элементов сущ 2 стадии легирования. Если представить количество л.э. , введенного в сталь в виде отношения Ме к С :
Ме – количества л.э. в ат%
С – [ат%]
,то
на 1 стадии с увеличением
На 1 стадии Л переход от Ц к спец карбиду л.э. сопровождается уменьшением размера карб частиц, т.е. ростом дисперсности частиц карб фазы, понижением содержания С в Ф и ↓ размеров зерна. Сочетание этих структурных и фазовых изменений определяет изменение свойств в стали на 1 стадии Л.
2 стадия Л характеризуется активным обогащением α-тв. раствора л.э. (в силу того, что С кончился). На этой стадии Л, но уже при длит нагревах м происходить выделение карбидов в дисп форме. Оба этих фактора определяют изменение свойств в стали. Для др карбидообразующих элементов, таких, как Cr, Mo, W, имеющих меньшее сродство к С, чем V, Ti, Nb общие закономерности изменения фазового и структ состояния тела, для них так же наблюдаются 2 стадии. Т.к. эти Э образуют не 1, а несколько типов соединений (карбидов), 1ю стадию Л разделяют на неск этапов соотв изменения карб фазы. Для Mo 1 этап, 1 стадия Л заканчивается при соотношении Mo/C~1 и соответствует завершению перехода карбида типа Me3C (Fe, Mo)3C карбид типа -> Me23C6 : (Fe, Mo)23C6.
2 этап 1 стадии Л заканчивается при соотношении Mo/C=2, тогда завершается образование карбида Mo6C. При Mo/C>2 отличается 2 стадия Л, когда весь вводимый сверх указанного количества Mo переходит в тв раствор. Для Cr ещё с меньшим сродством к С, чем Mo.
1 этап 1 стадии Л ограничивается при соотношении Cr/C~1,2 и соответствует переходу карбида Me3C : (Fe, Cr)3C -> в карбид Me7C3 : (Cr,Fe)7C3
2
этап 1 стадии Л не завершается и при соотношении
Cr/C~5 , т.е. в этом случае не заканчивается
переход карбида Me7C3 в карбид
Me – Me23C6, этот переход продолжается
вплоть до соотношения Cr/C~10
2стадия легирования Cr
Наступает при соотношении Cr/C более 10. Изменение структ и фазового состояния, происходящее на 1й стадии Л , т.е. ↓ размеров карбида, измельчение зерна и ↓ содержание С в Ф благоприятно сказывается на мех свойствах стали, т.е. ↑ прочность и вязкость (засчёт выделения карбида), измельчение зерна и пластичность Ф. Такое изменение свойств имеет место при ↑ содержания лэ в пределах соотношения , отвечающего 1 стадии. Поскольку период первой стадии Л ↓ся с ↑ем степени сродства л.э. к С, то количества вводимых в констр сталь л.э. дБ тем меньше, чем выше их сродство к С, поэтому Ti, Nb обычно вводят в сталь в малых количествах, неск больше вводится Mg, W и ещё больше Cr.
На
2 стадии Л, когда весь С кончился.
Когда ↑л.э. в стали сопровождается
↑ его концентрации в Ф, изменение свойств
в стали в осн определяет изменение свойств
Ф. Поэтому на 2 стадии Л, как правило, наблюдается
↑ прочности стали, сопровождающееся
↓ их вязкости и хладостойкости. Такое
изменение свойств иногда дополнительно
сопровождается эффектом дисп упрочнения.
Для получения высокого
Эти закономерности, описанные выше, характерны для сталей гор кат, нормализованного и терм обработанного состояния, хотя для этих разных состояний величина отношения сродства Ме к С, отвечающая переходу от 1 стадии ко 2й, неск отличается.
Введение
в стали С и л.э. в сочетании
рац хим обработкой данной стали, д обеспечить
получение в готовом изделии опр фазового
и структ состояния исследуемых заданных
физ свойств. В случае слитков и разл заготовок
в результате ТО должны быть обеспечены
надлежащие техн свойства Ме для его дальнейшего
передела (ОМД, резание). Если принять,
что окончательной ТО стали является закалка
с выс отпуском, то роль Л в обобщённом
виде м представить в виде таблицы:
Роль Л улучшаемых КС
| влияние Л на основные фазы в стали | легирующ комп | изменение свойств без ТО, без закалки с выс отпуском | влияние при ТО | |
| на изменение свойств | на режим ТО | |||
| 1)увеличение количества карбидов | С | умеренное ↑ прочности | знач↑прочности, но ↓вязкости | при ↑%С снижается Тзак |
| 2)упрочнение
Ф без влияния на |
Si | ↑прочность, ↓вязкость и хладостойость | − | − |
| 3)повышение вязкости и хладостойкости α | Ni | нек ↑ вязкости и хладостойсти, не влияет на прочность | сущ ↑ вязкости и хладостойкости и ↑ прочности | значительно ↑ закаливаемость и прокаливаемость |
| 4)упрочнение α и повышение стабильности Ме3С | Mn, Cr, Mo, W | степень повышения прочности и вязкости сильно зависит от количества л.э. | значительное ↑ прочности и неб ↑ вязкости | неск ↑ Тзак и отпуска, ↑е вязкости |
| 5)упрочнение
α и образование карбидов л.э.
повышенной и высокой |
Cr, W, Mo, V, Ti, Ni | ↑ прочности | сущ ↑ прочности, хотя вязкость ↑ мало | необходимо ↑ Тзак, неск ↑ прокаливаемость, ↓ скорости роста зерна при нагреве, ↑ Тотп на заданную прочность |
| 6)образование дисперсно упрочняющих фаз | Mo, W, Ni, Ti, Al, N | ↑ прочности, ↓ вязкости при неизм размере зерна, а при измельчении зерна - ↑ вязкости | знач ↑ НВ | ↑ Тзак и регламентируются условия отпуска, т.е. Т и продолжительность отпуска в отд случаях и скор охл после отпуска |
Основные виды ТО КС
| назначение | название | место в технол процессе изготовления изделия | обрабатываемые стали |
| 1)гомогенизация состава стали (↓межкрист и внутрикрист ликвации). ↓содержания газов и однородности структуры | гомогенизурующий отжиг | обработка слитков, отливок и поковок | все КС |
| 2)разупрочнение после ХПД | рекрист отжиг (отпуск) | обработка заготовок листа, проволоки, прутков при разл операциях ХПД | все КС |
| 3) ↑ однородности структуры, изменение морфологии перлита, ↓ флокена чувствительности, ↓НВ, ↑пластичности и ↓ уровня стат напряжений | полный отжиг, неполный, изоТ отжиг | обработка проката, отливок, поковок и др заготовок | все КС |
| 4) ↑ однородности структуры | нормализация и нормализирующий отпуск | обработка заготовок, а также профильного, листового и сортового проката | качественные углеродистые и Л стали |
| 5) ↑ прочности и вязкости | зак с отпуском, термомех обработка (КТМО, НТМО, ИТМО) | обработка деталей машиностроения, а также нек видов профилей, труб, листов | низколег и среднелег стали |
2,5% - низколег
2,5…10% - среднелег
10…45% - высоколег
Сплавы с л.э., но в кот содержание Fe до 45% - сплавы…
Каждый из приведённых осн видов ТО имеет ряд подвидов, зависящих от условий проведения обработки и от особых конкр целей проведения этой обработки.
Углеродистые
КС
К угл КС относятся нелег стали, содержащие 0,06…0,50%С. Свойства этих сталей определяются 4 факторами: