Реферат: Микроструктура легированных сталей

Практическая работа

Тема: МИКРОСТРУКТУРА ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Цель работы: научиться самостоятельно анализировать структуры и по виду определить структурные составляющие легированных сталей с помощью фотографий.

Приборы, материалы и инструменты.

Фотография микроструктур изучаемых сталей.

Циркуль и линейка.

Рекомендуемая литература:

Кузьмин Б.А. Самохоцкий А.И. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы. – М., Высш. Школа, 1997.

Легированные стали классифицируются по назначению, составу, количеству легирующих элементов и структуре.

В зависимости от назначения легированные стали делятся на:

• Конструкционныестали (цементируемые, улучшаемые, пружинно

рессорные и др.), применяемые для изготовления деталей машин: •Инструментальные стали, применяемые для изготовления режущего, измерительного и штамповогоинструмента;

• Стали с особыми свойствами, например, нержавеющие, жаропрочные жаростойкие и т.д.

Низкоуглеродистые стали (цементитные)

К низкоуглеродистым сталям относятся стали с содержанием углерода до 0,25%, например, марок 15Г; 20Х; 18хГТ; 20х2Н4А и др.

Легированные низкоуглеродистые стали после отжига имеют структуру феррит +перлит, а так же после закалки малоуглеродистый мартенсит.

Установлено, что добавки азота вместе с нитридообразующими элементами способствует значительному измельчению зерна и повышению температуры начала роста зерна аустенита. Нитриды влияют на свойства стали также путём воздействия на кинетику превращения аустенита и на дисперсное твердение.

Высокая пластичность, мелкое зерно и особенно высокая температура его роста способствуют получению качественных сварных соединений листов толщиной от 20 мм — сталь с нитридами алюминия и до 100 мм (сталь с нитридами ванадия). Низколегированная сталь с нитридным упрочнением удовлетворительно деформируется в холодном и горячем состояниях. Сталь такого типа характеризуется высоким сопротивлением хрупкому разрушению и достаточно низким порогом хладно ломкости.

В настоящее время для изготовления различного рода сварных конструкций деталей и узлов используется большое число марок малоуглеродистых и среднелегированных сталей, соответствующих ГОСТ 380-7.1; 5521-67; 6713-75; 1050-75; 19282-73, а также техническим условиям и отраслевым стандартам.

Согласно ГОСТ 19282-73, предусматривается выпуск 28 марок низколегированной стали, применяемой для сварных конструкций в промышленном и гражданском строительстве и машиностроении.

Химический состав (%) некоторых цементуемых (низколегированных) сталей (ГОСТ 1050-74 и 4543-71)

Марка

стали

Элементы

Другие

элементы

20Х

0,17-0,23

0,5-0,8

0,7-1,0

≤0,25

—

15ХФ

0,12-0,18

0,4-0,7

0,8-1,1

≤0,25

0,06-0,12V

12ХН2

0,09-0,16

0,3-0,6

0,6-0,9

1,5-1,9

—

12ХН3А

0,09-0,16

0,3-0,6

0,6-0,9

2,75-3,15

—

20Х2Н4А

0,16-0,22

0,3-0,6

1,25-1,65

3,25-3,65

—

18ХГТ

0,17-0,23

0,8-1,1

1,0-1,3

≤0,25

0,03-0,09Ti

25ХГТ

0,22-0,29

0,8-1,1

1,0-1,3

≤0,25

0,03-0,09Ti

18Х2Н4МА

0,14-0,20

0,25-0,55

1,35-1,65

4,0-4,4

0,3-0,4Mo

20ХГНР

0,16-0,23

0,7-1,0

0,8-1,1

0,001-0,005В

Цементуемые легированные стали целесообразно применять для тяжело нагруженных деталей и в том числе для деталей, в которых необходимо иметь высокую твёрдость и вязкость поверхностного слоя и достаточно прочную сердцевину. В легированных цементуемых сталях, несмотря на небольшое содержание углерода, благодаря значительному количеству легирующих примесей, гораздо легче получить при термический обработке более высокую прочность и вязкость сердцевины из-за образования в ней структур бейнита или низкоуглеродистого мартенсита. Поэтому из них изготовляют ответственные детали.

Стали хромистые (20Х), хромованадиевые (15ХФ), хромоникелевые (12ХН2). Их при меняют для изготовления деталей небольших и средних размеров, работающих на износ при повышенных нагрузках (втулки, валики, оси, некоторые зубчатые колёса, кулачковые муфты, поршневые пальцы и др.).

Стали хромоникелевые (12ХН3А, 20Х2Н4А), хромомарганцетитановые (18ХГТ, 25ХГТ), хромоникельмолибденовые (18Х2Н4МА). Их применяют для деталей средних и больших размеров, работающих на износ при высоких нагрузках (зубчатые колёса, поршневые пальцы, оси, ролики и др.).

Хромоникелевые стали мало чувствительны к перегреву, хорошо прокаливаются, но их применяют ограниченно из-за дефицитности никеля. Поэтому во всех случаях, когда нет крайней необходимости, хромоникелевые стали заменяют сталями без никеля.

Цементуемые хромомарганцетитановые стали (18ХГТ, 25ХГТ) являются заменителями хромоникелевых сталей. Преимуществом сталей 18ХГТ и 25ХГТ является их наследственная мелкозернистость (размер зерна №6-8). Это технологическое свойство позволяет значительно сократить общий технологический цикл обработки и закаливать детали из этих сталей непосредственно из цементационной (газовой) печи с предварительным подстуживанием.

Борсодержащие стали (20ХГНР). В конструкционные стали бор вводят в количестве от 0,001 до 0,005% (так называемое микролегирование). Бор повышает плотность слитка, устраняет дендритную структуру. Стали с бором легче обрабатываются при горячей пластической деформации, хорошо обрабатываются резанием.

Улучшаемые (среднелегированные) стали

Эти стали называют улучшаемыми потому, что их часто подвергают улучшению—термической обработке, заключающейся в закалке и отпуске при высоких температурах. Улучшаемые стали должны иметь высокую прочность, пластичность, высокий предел выносливости, малую чувствительность к отпускной хрупкости, должны хорошо прокаливаться. Химический состав некоторых улучшаемых сталей приведён в таблице:

Химический состав (%) некоторых улучшаемых среднелегированных сталей (ГОСТ 1050-74 и 4543-71)

Марка

стали

Элементы

Другие

элементы

--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--

элементы

15ХМ

Перлитный

0,11-0,18

0,8-1,1

—

0,4-0,55

—

12Х1МФ

0,08-0,15

0,9-1,2

—

0,25-0,35

0,15-0,3

—

15Х11МФ

Мартенситный

0,12-0,19

10-11,5

—

0,6-0,8

0,25-0,4

—

40Х9С2

0,35-0,45

8-10

—

2-3Si

20Х12ВНМФ

0,17-0,23

10,5-12,5

0,5-0,9

0,5-0,7

0,15-0,3

0,5-0,9Mn

0,7-1,1W

09Х14Н16Б

Аустенитный

0,07-0,12

13-15

14-17

—

1-2 Mn

0,9-1,3Nb

45Х14Р14В2М

0,4-0,5

13-15

0,25-0,4

—

2-2,8% W

40Х15Н7Г7Ф2МС

0,38-0,47

14-16

6-8

0,65-0,95

1,5-1,9

0,9-1,4Si

6-8Mn

ХН77ТЮР

Сплав

≤0,07

19-22

Осн.

—

2,4-2,8Ti

0,6-1Al

≤0.01B

ХН55ВМТФКЮ

≤0,12

9-12

4-6,

0,2-0,8

1,4-2 Ti

12-16 Co 4.5-6.5 W 3.6-4.5 Al

≤0.02 B

Детали из стареющих сталей подвергают закалке в воде, масле или на воздухе с температуры 1050-1200оС с последующим длительным (8-24ч) старением при температуре 600-800оС. При нагреве под закалку происходит растворение в твёрдом растворе (аустените) карбидов и других фаз, а после охлаждения получается однородный, пересыщенный твёрдый раствор (аустенит). При старении из пересыщенного твёрдого раствора (аустенита) выделяются высокодисперсные частицы карбидов и других фаз, упрочняющие сталь.

Жаростойкость сталей аустенитного класса 800-850оС.

Для работы при 800-1100оС применяют жаропрочные сплавы на никелевой основе, например ХН77ТЮР, ХН55ВМТФКЮ для лопаток турбин. Эти сплавы стареющие и подвергаются такой же термической обработке (закалке и старению), как и стареющие стали аустенитного класса. Жаростойкость сплавов на никелевой основе до 1200ºС.

Порядок выполнения работы

Ознакомились с целью, заданием и методическими указаниями к лабораторной работе. Установить нужное увеличение для стальных образцов. Пользуясь фотографиями микроструктур и схемами зарисовок проанализировать структурные составляющие легированных конструкционных сталей. Сделать их зарисовки.

Ответ должен содержать

Цель работы, задание.

Характеристику структур исследуемых сталей.

Зарисовки структур сталей.

Протокол с приложением структурных составляющих исследуемых образцов.

Выводы о работе.

Ответить на контрольные вопросы

Что называется легированной сталью?

Какие требования предъявляются к конструкционным сталям?

Перечислите стали которые входят в разряд конструкционных?

Где применяются хромистые стали?

Какие стали называют быстрорежущими? Определите область их применения.