Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам




НазваниеКурс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам
страница11/24
Дата публикации13.08.2013
Размер2.37 Mb.
ТипДокументы
shkolnie.ru > Физика > Документы
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   24

Классификация

конструкционных материалов.



  1. По универсальному признаку: сталь, чугун, сплавы на основе цветных металлов.

  2. По функциональному признаку: жаропрочные, материалы с высокими упругими свойствами, износостойкие, коррозионно- и жаростойкие.


Надо понимать, что предлагаемая классификация подразделяет конструкционные материалы по свойствам, определяющим выбор материала для конкретных деталей конструкций. Каждая группа материалов оценивается соответствующими критериями, обеспечивающими работоспособность в эксплуатации. Универсальные материалы рассматриваются в нескольких группах, если возможность применения их определяется различными критериями.

В соответствии с выбранным принципом классификации все конструкционные материалы подразделяют на следующие группы:

  1. Материалы, обеспечивающие жёсткость, статическую и циклическую прочность (стали).

  2. Материалы с особыми технологическими свойствами.

  3. Износостойкие материалы.

  4. Материалы с высокими упругими свойствами.

  5. Материалы с малой плотностью.

  6. Материалы с высокой удельной прочностью.

  7. Материалы, устойчивые к воздействию температуры и рабочей среды.


Стали,

обеспечивающие жёсткость,

статическую и циклическую прочность
Детали машин должны обладать жёсткостью и прочностью, достаточными для ограничения упругой и пластической деформации, при гарантированной надёжности и долговечности.

Стали обладают высоким наследуемым от железа модулем упругости (Е = 2,1х 106 МПа). Высокую жёсткость стали сочетают с достаточной статической и циклической прочностью, значение которой можно регулировать изменением концентрацией углерода, легирующих элементов и технологии термической и химико-термической обработки.
Классификация конструкционных сталей

  1. По химическому составу.

  2. Качеству.

  3. Степени раскисления.

  4. Структуре.

  5. Прочности.


1. По химическому составу – углеродистые, легированные.
Низкоуглеродистые – С< 0,3%

Среднеуглеродистые – С= 0,3-0,7%

Высокоуглеродистые – С>0,7%
Низколегированные – до 5% л.э.

Среднелегированные – 5-10% л.э.

Высоколегированные – более 10% л.э.
^ 2. По качеству – обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные.
3. Степени раскисления.

Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый для предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации. Выделение СО из стали создаёт впечатление кипения стали.

Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Кипящие – только марганцем.
^ 4. По структуре – стали классифицируют учитывая особенности её строения в отожжённом и нормализованном состоянии.
В отожжённом (равновесном) состоянии конструкционные стали разделяют на четыре класса:

1. Доэвтектоидные имеющие в структуре избыточный феррит.

2. Эвтектоидные в структуре только перлит.

3. Аустенитные.

4. Ферритные.

Углеродистые стали – только первых двух классов.

Легированные стали – могут быть всех классов.

Аустенитные стали – при введении большого количества Ni, Mn.

Ферритные стали – при введении большого количества Cr, Si, V, W.

После нормализации стали подразделяют на четыре класса:


  1. Перлитные.

  2. Мартенситные.

  3. Аустенитные.

  4. Ферритные.


Стали перлитного класса при охлаждении на воздухе приобретают структуру – перлит, сорбит, троостит. Это углеродистые, низколегированные относительно дешёвые, широко применяемые стали.
Стали мартенситного класса отличаются высокой устойчивостью переохлаждённого аустенита; при охлаждении на воздухе они закаливаются на мартенсит. К этому классу относятся средне- или высоколегированные стали.
Стали аустенитного класса из за повышенного количества Ni или Mn в сочетании с Cr имеют интервал мартенситного превращения (Мн – Мк ) ниже 00 С и сохраняют аустенитную структуру до 200 С.

Структурный класс аустенитных и ферритных сталей совпадает по классификации как в отожжённом, так и в нормализованном состояниях.


  1. По прочности.


Нормальной (средней) прочности σв ≈ до 1000 МПа.

Повышенной прочности σв ≈ до 1500 МПа.

Высокопрочные σв ≈ более 1500 МПа
^ Влияние углерода и постоянных примесей

на свойства сталей
Степень влияния углерода зависит от структурного состояния стали, её термической обработки.

По мере повышения содержания углерода, увеличивается прочность и твёрдость, но снижается пластичность и вязкость. Снижение ударной вязкости заметно повышает верхний порог хладноломкости расширяя тем самым температурный интервал перехода стали в хрупкое состояние.

Влияние углерода ещё более заметно после закалки стали на мартенсит. σв легированной стали растёт по мере увеличения содержания углерода ( max при С = 0,4%). При большей концентрации углерода σв становится нестабильной, о чём свидетельствуют низкие значения ударной вязкости. При низком отпуске механические свойства полностью определяются концентрацией углерода в твёрдом растворе.

Углерод изменяет и технологические свойства – снижает способность сталей деформироваться в горячем и особенно в холодном состояниях, затрудняется свариваемость.

^ Постоянные примеси:
Марганец – полезная примесь, раскислитель (0,3 – 0,8 % Mn) уменьшает вредное влияние кислорода и серы.
Кремний – полезная примесь, раскислитель ( до 0,4%) оказывает упрочняющее действие.
^ Сера – вредная примесь, вызывает красноломкость стали – хрупкость при горячей обработке давлением. FeS образует с железом эвтектику и плавится при Т = 988О С. Устраняя красноломкость, сульфиды MnS служат концентраторами напряжений.

Положительное влияние серы проявляется лишь в улучшении обрабатываемости резанием.
Фосфор – вредная примесь, вызывает хладноломкость – снижает вязкость по мере снижения температуры (охрупчивающее действие с повышение содержания углерода). Основной путь снижения влияния фосфора – повышения качества шихты.
^ Кислород, азот и водород – вредные крытые примеси, образуют неметаллические примеси, снижают пластичность и повышают склонность стали к хрупкому разрушению.

Водород в стали при её выплавке может приводить к флокенам – внутренние надрывы, белые пятна, а на поверхности мелкие трещины. Эти дефекты обычно встречаются в крупных поковках хромистых и хромоникелевых сталях. Для их предупреждения стали после горячей деформации медленно охлаждают или длительно выдерживают при Т = 250о С.
Случайные примеси – из вторичного сырья или руд отдельных месторождений (сурьма, олово, медь и другие цветные металлы). Эти примеси в большинстве случаев оказывают отрицательное влияние на вязкость и пластичность стали.


^ Углеродистые стали
80% - от общего объёма всех сталей. Они дёшевы, удовлетворительные механические свойства с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением. Однако они менее технологичны при ТО. Из-за высокой критической скорости закалки их охлаждают только в воде, что вызывает значительные деформации и коробления деталей.

То С отпуска более низкая по сравнению с легированными сталями, поэтому они сохраняют более высокие закалочные напряжения, снижающие конструкционную прочность.

^ Главный недостаток – небольшая прокаливаемость (до 12мм). Крупные детали изготовляют из стали без ТО – в горячекатанном или в нормализованном состояниях, что требует увеличения металлоёмкости конструкций.

^ По статической прочности углеродистые стали относятся преимущественно к сталям нормальной прочности.


Марка

σв, МПа

δ %

НВ

КСU, МДж/м2

Ст 1

320-420

31

-

-

Ст 2

340-440

29

-

-

Ст 3

380-490

23

-

-

Ст 4

420-540

21

-

-

Ст 5

500-640

17

-

-

Ст 6

600

12

-

-

Сталь 25

460

23

170

0,9

Сталь30

500

21

179

0,8

Сталь 45

540

19

229

0,5

Сталь 65

710

10

255

-

60Г

710

11

269

-

^ Применение углеродистых сталей.
1. Стали обыкновенного качества – предназначены для изготовления различных конструкций, слабонагруженных деталей машин и приборов. Этим сталям отдают предпочтение в тех случаях, когда работоспособность деталей и конструкций определяется жёсткостью. Для них геометрические размеры часто оказываются такими, что их прочность заведомо обеспечивается. Поэтому на выбор стали большое влияние оказывает не столько механические,, сколько технологические свойства. Примеры: сварные рамы, фермы и др. строительные металлоконструкции. Специализированное назначение: котло-, мосто- судостроение. Сельскохозяйственное машиностроение: валки, оси, рычаги, детали, изготовляемые холодной штамповкой и т.д.

Ст5, Ст6 – обладающие большей прочность, предназначены для рельсов, железнодорожных колёс, а также валов, шкивов, шестерён и других деталей грузоподъёмных и сельскохозяйственных машин.
2. ^ Качественные стали – они поставляются в виде проката, поковок и других полуфабрикатов с гарантированными химическим составом и механическими свойствами (после нормализации).
Стали С ≤ 0,1% - малопрочные, высокопластичные; из-за способности к глубокой вытяжке их применяют для холодной штамповки – шайбы, прокладки, кожуха и т.д., изготавливаемых холодной деформацией и сваркой.
Стали 0,15 – 0,25% С - цементуемые, предназначенные для деталей небольшого размера (кулачки, толкатели, малонагруженные шестерни и т.д.). Сердцевина из-за низкой прокаливаемости упрочняется слабо.

Эти стали применяют также горячекатаными и после нормализации. Пластичны, хорошо штампуются и свариваются – крепёжные детали, втулки, штуцера и т.п.), а также для деталей котло-,турбостроения – трубы перегревателей, змеевики и т.п., работающих при Т = - 40 до 425 о С.
Стали 0,30 – 0,55 % С - среднеуглеродистые, большая прочность, но меньшая пластичность. ТО – улучшение (структура сорбит – малая чувствительность к концентраторам напряжения), нормализация и поверхностная закалка ( с твёрдостью на поверхности 40-58 НRС).

Из-за низкой прокаливаемости (до 12 мм) изготовляют детали небольших размеров от которых требуется однородность свойств по всему сечению т.е. сквозная прокаливаемость – шатуны, зубчатые колёса, маховики, оси и т.п. Для валов, осей и т.п. испытывающих главным образом напряжения изгиба и кручения, которые максимальны на поверхности, толщина упрочнённого при закалке ТВЧ слоя должна быть не менее половины радиуса детали (до 30 мм).

Для изготовления более крупных деталей, работающих при невысоких циклических и контактных нагрузках, используют стали 40,45,50. ТО – нормализация и закалка ТВЧ тех мест , которые должны иметь высокую твёрдость ( до 58 НRС) – кулачки, шейки коленчатых валов, распределительных валиков, зубья шестерён, длинных валов, ходовых винтов и т.п., для которых важно ограничить деформации при ТО.
Стали 0,6…0,85%С - высокоуглеродистые, а также с увеличенным содержанием марганца 60Г, 65Г, 70Г применяют в качестве рессорно-пружинных. ТО – закалка и средний отпуск, структура троостит, для получения высоких упругих и прочностных свойств в > 800 МПа). Пружины, рессоры, упругих колец и т.п. В нормализованном состоянии – для прокатных валков, шпинделей станков и т.п.

^ Легированные стали
Марка легированных сталей состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих её химический состав. (ГОСТ).
Некоторые группы сталей содержат дополнительные обозначения:

Ш – шарикоподшипниковая сталь;

^ Э – электротехническая сталь;

А – автоматная сталь, хорошо обрабатывается резанием.
Влияние легирующих элементов на механические свойства сталей.
Легированные стали производят качественными, высококачественными и особо высококачественными. Их применяют после закалки и высокого отпуска (улучшения), поскольку в отожженном состоянии они по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых.

Улучшение механических свойств обусловлено влиянием легирующих элементов на:

  1. Свойства феррита.

  2. Дисперсность карбидной фазы.

  3. Устойчивость мартенсита при отпуске.

  4. Прокаливаемость.

  5. Размер зерна.


Свойства ферритал.э. повышают НВ, особенно Si, Mn, Ni. Упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, большинство л.э. снижают КСU, МДж/м2 , особенно если их концентрация выше 1%. Исключение составляет Ni.
Дисперсность карбидной фазы и устойчивость мартенсита при отпуске - при увеличении в стали углерода усиливается влияние карбидной фазы, дисперсность которой определяется ТО и составом стали.

Карбидообразующие элементы и частично кремний задерживают выделение и коагуляцию (округление) карбидов при отпуске, увеличивая дисперстность карбидной фазы. Кроме того они затрудняют разупрочнение закаленного феррита, замедляя тем самым снижение прочности стали при отпуске.
Прокаливаемость – к важнейшим факторам, способствующим повышению конструкционной прочности, относятся снижение при легировании критической скорости закалки и увеличение прокаливаемости.

Наибольший эффект – комплексное легирование. Cr + Mo, Cr + Ni, Cr + Mo + Ni.

Возможность менее резкого охлаждения при закалке таких деталей уменьшает в них внутренние напряжения и опасность образования трещин.
Размер зерна – большинство л.э. измельчают зерно, что способствует повышению работы развития трещины и снижению порога хладноломкости. Наиболее сильно понижает порог хладноломкости и увеличивает сопротивление распространению трещины Ni. Остальные л.э., за исключением небольших добавок Cr, Mn, Mo, повышают порог хладноломкости.
Таким образом, для обеспечения высокой конструкционной прочности количество л.э. в стали должно быть рациональным. После достижения необходимой прокаливаемости избыточное легирование (за исключением никеля) снижает трещиностойкость и облегчает хрупкое разрушение.
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   24

Похожие:

Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconТехнология сбис курс лекций. Объем 36 часов. Составитель: доцент коф петрГУ
Преимущества кремниевой технологии. Требования к кремнию как к материалу для микроэлектронной промышленности
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций Валерий Васильевич Вандышев Уголовный процесс. Курс лекций...
В 17 Уголовный процесс. Курс лекций. — Спб.: Питер, 2002. — 528 с. — (Серия «Учебники для вузов»)
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций по предмету “Материаловедение и ткм”
Износостойкость в больше,чем при шлифовке. Для коленчатых валов предел выносливости повышается на. 48
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconЛекция психосексуальное развитие. Возрастная динамика взаимоотношения полов 15
Основы семейной психопедагогики (курс лекций) / В. И. Короткий. — Архангельск: М'арт, 2003. — 178 с
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций москва издательство "юридическая литература" 1997
Атаманчук Г. В. Теория государственного управления. Kvpc лекций — М.: Юрид лит., 1997. — 400 с
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций Харьков 2002 Рецензенты: директор Института социальных...
Курс лекций по истории политических и правовых учений подготовлен в соответствии с программой данной дисциплины, с
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconНа научно-образовательный материал «Курс видео-лекций по дисциплине...
Рассматриваемый курс видео-лекций может быть использован в системе повышения квалификации специалистов электроэнергетического профиля,...
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconУтверждаю: Ректор университета, В. А. Колесников “ 5“
Преподавание курса осуществляется на 4-ом или 5-ом семестрах при общем объеме, равном 102 часам, который включает 16 часов лекций,...
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций москва инфра-м 2002 Кононенко Б. И. Основы культурологии: Курс лекций. М.: Инфра-м
В нем в доступной форме раскрываются и выделяют­ся шрифтовой гаммой основные категории и пеня;!' I, что позволит сту­дентам быстро...
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconПрограмма элективного курса
Курс «История сословий в России» рассчитана на 17 часов для изучения в 10 классе профильной школы. Он охватывает период с IX до конца...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
shkolnie.ru
Главная страница