Содержание
Введение 1 Основы теории сплавов 1.1 Классификация металлов (по Гуляеву) 1.2 Кристаллическое строение металлов 1.3 Реальное строение металлических кристаллов 1.4 Методы изучения строения металлов 1.5 Кристаллизация металлов, фазовые превращения 1.6 Пластическая деформация, механические свойства и рекристаллизация 1.7 Пути повышения прочности металлов 2 Теория сплавов 2.1 Понятие о сплавах 2.2 Диаграмма железо – углерод 2.3 Углеродистые сплавы 2.4 Влияние элементов на свойства сталей 2.5 Чугуны 3 Основы термической обработки и поверхностного упрочнения сплавов 3.1 Общее положение 3.2 Классификация термической обработки 3.3 Основные превращения в стали 4 Практика термической обработки 4.1 Выбор параметров термообработки 4.2 Поверхностная закалка стали 4.3 Лазерная и плазменная термообработка 5 Легированные стали и сплавы. Стали со специальными свойствами 5.1 Цель легирования 5.2 Влияние легирующих элементов на кинетику распада аустенита в стали и полиморфизм железа 5.3 Классификация и маркировка легированных сталей 5.4 Цементуемые легированные стали 5.5 Улучшаемые легированные стали 5.6 Высокопрочные стали 5.7 Строительные стали 5.8 Арматурные стали 5.9 Пружинные стали 5.10 Шарикоподшипниковые стали 5.11 Инструментальные стали 5.12 Твердые сплавы 5.13 Стали для холодной штамповки 6 Стали со специальными свойствами 6.1 Классификация сталей со специальными свойствами 6.2 Износостойкие стали 6.3 Нержавеющие стали 6.4 Жаростойкие и жаропрочные стали 6.5 Стали с особенностями теплового расширения 6.6 Магнитные стали 6.7 Электротехнические стали 6.8 Парамагнитные (немагнитные) стали 6.9 Кислотостойкие стали 6.10 Криогенные стали 6.11 Стали и сплавы с высоким электросопротивлением 6.12 Тугоплавкие металлы и сплавы 6.13 Биметаллы и металлокомпозиты 7 Цветные металлы и сплавы 7.1 Медь и ее сплавы 7.2 Алюминий и его сплавы 7.3 Магний и его сплавы 7.4 Бериллий и его сплавы 7.5 Титан и его сплавы 8 Основы порошковой металлургии 8.1 Общие вопросы 8.2 Порошки тугоплавких соединений 8.3 Композиционные материалы и детали из них 8.4 Дисперстно – упрочняемые материалы 8.5 Износостойкие материалы 8.6 Материалы для конструкций машин 8.7 Керамико – металлические материалы 8.8. Антифрикционные материалы 8.9 Фрикционные материалы 8.10 Магнитные материалы 8.11 Огнеупорные материалы 8.12 Термоэлементы 8.13 Спеченные контакты 8.14 Сверх – твердые материалы инструментального назначения 8.15 Твердые сплавы из инструментальной стали 8.16 Высокопористые материалы 8.17 Тугоплавкие металлы 8.18 Материалы для атомной энергетики 8.19 Ферриты 9 Неметаллические материалы 9.1 Общие вопросы 9.2 Полимеры 9.3 Пластические массы 9.4 Композиционные материалы 9.5 Каучуки и резины 9. 6 Клеящие материалы и герметики 9.7 Графит 9.8 Неорганическое стекло 9.9 Керамические материалы 9.10 Формообразование изделий из неметаллических материалов Список использованной литературы |
ВВЕДЕНИЕ
Любая машина, в том числе автомашины, приборы, компьютеры, строительные машины, горно-добывающее оборудование… собрана из деталей, изготовленных из различных металлов: чугуна, стали, бронзы, латуни, полимеров и пластмасс, алюминиевых сплавов, резины, стекла, керамики, дерева, графита, композитов, спеченных порошков, клеящих материалов, покрытий и т.д.
Любой инженер, а в особенности инженер – механик - металлург, химик - физик, должен знать материалы и их физико - химико - механические свойства, уметь применять их. Поэтому курс материаловедения является одним из основных в цикле подготовки инженеров, так как он изучает закономерности, определяющие строение и свойства материалов в зависимости от их состава, условий обработки. В курсе материаловедения рассматриваются методы исследования и испытаний металлов, приборы, проводятся лабораторные и практические работы.
В материаловедении приводятся и разбираются задачи по диаграммам состояния различных металлов, некоторые структурные схемы органических и неорганических полимеров, их состав, способы изготовление порошковых изделий и композитов, керамики, стекла и т. д.
Изучение материаловедения должно давать студентам понятие о закономерностях, определяющих состав и свойства материалов, методах их получения и обработки, научить проводить испытания материалов на прочность, вязкость, твердость и т. д. на различных приборах, машинах. Студенты должны научиться пользоваться технической, справочной литературой для выбора перспективных материалов и эффективных методов обработки для повышения надежности и долговечности машины.
Изучение одно – двух – трех и более компонентных диаграмм позволяет студентам определить фазовый состав, оценивать структуры материалов и их свойства в равновесном и неравновесном (метастабильном) состоянии, которые встречаются в природе, в реальных условиях.
При изучении материаловедения ~ 80% времени отводится на изучение металлов и сплавов. Студенты должны знать, что такое сталь, чугун, сплавы на основе меди, алюминия, бериллия, никеля, титана, вольфрама, кобальта, цинка, хрома, олова, золота и серебра и т. д. При подборе материалов инженер должен уметь выбирать материалы более прочные, технологичные в обработке, менее бракоемкие, экономически обоснованные.
Перед изучением материаловедения студент должен повторить и хорошо знать основы химии, физики, чтобы лучше усвоить материал.
Развитие машиностроения – основной отрасли народного хозяйства зависит от квалификации специалистов, успехов в создании новых эффективных материалов и технологий. Машиностроители при создании нового оборудования должны работать совместно с металловедами, литейщиками, сварщиками, кузнецами, дизайнерами и при необходимости с другими специалистами. Они должны совместно изучать причины разрушения машин, запасных частей для анализа причин отказов.
Значительное внимание должно уделяться изучению порошковой металлургии, композитов на основе порошков, полимеров, пластмасс, керамических материалов, стекла, резины, графита и других неметаллических материалов.
При изучении металловедения большое внимание должно уделяться всем видам термической обработки в том числе: ХТО, ТМО; деформационному упрочнению в том числе: взрывом, плазмой, магнитным полем, электронному и лучевому упрочнению.
Обучающиеся должны знать, что труды М.В.Ломоносова, Д.И.Менделеева, П.П.Амосова, Д.И.Чернова, А.П.Гуляева, Н.С.Курнакова, С.С.Штейберга, Г.В.Курдюмова, А.А.Бойткова, Ю.М.Лахтина, П.П.Федотьева, А.А.Бочвара, и многих других российских ученых внесли большой вклад в развитие мирового металловедения. Необходимо помнить, что создателем структурной теории химического строения органических соединений является А.М.Бутлеров, впервые синтезировал каучук С.В.Лебедев, разработал теорию цепных реакций и создал механизм цепной полимеризации Н.Н.Семенов, промышленное производство полимеров и пластмасс провел Г.С.Петров. Успешное развитие химии и физики полимеров связано с учеными: П.П.Кобеко, В.А.Карагина, А.П.Александрова, С.С.Медведева, и д.р.
Большое значение в развитие мирового материаловедения внесли зарубежные ученые: Ф.Осмонд (Франция), Юм-Розерти и Мот (Англия), Зейтц, Бейне, Мейл (США), Тамман, Генеман, К.Циглер (Германия), Д.Найт (Италия), Л.Браутман, Р.Крак, Г.Розебум и д.р.
Следует не забывать о том, что Восточно-Казахстанские ученые и организаторы промышленного производства также внесли вклад в развитие металловедения: Потанин В.П. и Мурин Ю.И. (УМЗ), Парфенов Л.И. (ВКМЗ), Воронин В.И. и Куленов (СЦК) и многие другие.
1 Основы теории сплавов
Классификация металлов (по А.П.Гуляеву)
Все металлы условно поделены на черные и цветные. Черные металл обычно имеют темно – серый цвет, большую плотность (кроме щелочных), высокую температуру плавления, относительно высокую твердость. Некоторые из них (железо, титан, кобальт, марганец, цирконий, уран и др.), обладают полиморфизмом (аллотропией). Наиболее типичным черным металлом является железо.
Цветные металлы имеют красную, желтую, белую окраску. Они обладаю большой пластичностью, малой твердостью, низкой температурой плавления. Известно, что олово имеет полиморфизм. Типичный представитель - медь.
К черным металлам относятся:
- железные металлы – железо, кобальт, никель, марганец;
- тугоплавкие металлы; имеют температуру плавления выше чем у железа, т.е. более 15390С – титан, ванадий, хром, цирконий, ниобий, молибден, вольфрам, технеций, гафний, рений;
- урановые металлы (актиноиды) – торий, актиний, уран, нептуний, плутоний и др. (с 89 до 103 элемента);
- редкоземельные металлы (с 57 -71 элементы), лантан, церий, ниодим и д.р.;
- щелочноземельные металлы – литий, натрий, кальций, калий, рубидий, стронций, цезий, барий, франций, родий, скандий.
К цветным металлам относятся:
- легкие – бериллий, магний, алюминий;
- благородные металлы – рутений, радий, палладий, осмий, иридий, платина, золото, серебро и полублогородная медь;
- легкоплавкие металлы – цинк, кадмий, ртуть, галлий, индий, талий, германий, олово, свинец, мышьяк, сурьма, висмут.
К металлам и сплавам относятся вещества получаемые порошковой металлургией.
Классификация неметаллических материалов:
- органические и неорганические полимеры;
- пластмассы;
- композиционные материалы;
- каучуки и резины;
- клеящие материалы и герметики;
- лакокрасочные покрытия;
- графит;
- стекло;
- керамика.
Чугуны
Чугун – более дешёвый материал, чем сталь. Чугун – сплав железа с углеродом, которого содержится от 2,14% до 6,67%. Он имеет более низкую температуру плавления, высокую жидкотекучесть, хорошую обрабатываемость резанием, повышенную коррозионную стойкость, серые чугуны могут быть антифрикционными из-за свободного графита.
Чугуны могут быть серыми и белыми в зависимости от формы присутствия углерода в сплаве.
Fe3 Cà 3 Fe + C
Исходя из формулы ясно, что если чугун охлаждать быстро, то получим белый чугун, так как цементит не будет распадаться. Если охлаждать медленно, то реакция будет протекать слева направо с выделением свободного графита и получится серый чугун.
Серые чугуны в свою очередь подразделяются на собственно серые, ковкие, высокопрочные.
Собственно серые чугуны обозначаются буквами «Сч» с добавлением цифр, обозначающих предел прочности «на разрыв». Например, Сч-10, Сч15,…Сч35. Графит имеет форму пластинок, чешуек разной величины (дисперсности) (рис.37 а). Чем меньше частички графита, тем меньше концентраторов напряжений и выше механические свойства. Пластинчатая форма графита имеет в целом больше концентратов напряжений по сравнению с хлопьевидным и шаровидным графитом, поэтому мехсвойства ниже, чем у ковкого, высокопрочного чугунов. Показатели мехсвойств должны соответствовать ГОСТ 1412-84. (таблица 5). В зависимости от химсостава, скорости охлаждения, термообработки чугуны бывают ферритного, феррито-перлитного, перлитного, перлито-цементитного классов (рис. 38) При легировании чугуна Mn, Ni, Co, N, Cu, Pt можно получать чугуны аустенитного класса. Из собственно серого чугуна Сч 10, Сч 15 ферритного класса изготавливают слабо и средне нагруженные детали: крышки, фланцы, диски сцепления и т.д. Из чугунов Сч 20-25 ферритно-перлитного класса изготавливают картеры двигателя, поршни, станины слабонагруженных станков. Из чугунов Сч 30…Сч35 перлитного класса изготавливают корпуса насосов, компрессоров. Получить серые чугуны с высокими мехсвойствами возможно модифицированием их 90%-ым ферросилицием, силикокальцием.
а б в
а – пластинчатые включения;
б – шаровидные;
в – хлопьевидные
Рисунок 37 – Внешний вид графитовых включений в чугуне
Таблица 5 – Временное сопротивление разрыву при растяжении чугуна в литом состоянии (ГОСТ 1412-85)
Марка чугуна | σВ, МПа (кгс/мм2) не менее |
Сч10 | 100 (10) |
Сч15 | 150 (15) |
Сч20 | 200 (20) |
Сч25 | 250 (25) |
Сч30 | 300 (30) |
Сч35 | 350 (35) |
а б в
а – перлитный чугун;
б – феррито-перлитный чугун;
в – ферритный чугун
Рисунок 38 – Микроструктура серого чугуна
Ковкие серые чугуны обозначаются Кч-30, Кч35…, Кч-80. Часто добавляют к прочности на разрыв относительное удлинение, тогда марка обозначается Кч-30-6, Кч-60-3, Кч-80-1,5 и т.д. (таблица 6).
Таблица 6 –Механические свойства ковких чугунов (ГОСТ 1215-79)
В ковких чугунах графит имеет хлопьевидную форму (рис. 37 в). Концентраторов напряжений меньше, чем у серого чугуна и механические свойства выше. Получить ковкий чугун можно двумя способами:
а) отжиг белого чугуна при температурах ~ 9500С. Происходит реакция Fe3 C à 3Fe + C и в определённое время графит принимает хлопьевидную форму отжига. Охлаждают чугун обычно через 15 часов;
б) модифицирование жидкого чугуна CaSi, РЗМ, магниевыми лигатурами: Bi, Te, Al, B, Ti и др. Ковкие чугуны бывают ферритного, ферритно-перлитного, перлитного классов в зависимости от химсостава, термообработки, модифицирования.
Из ковкого чугуна изготавливают чугунную запорную арматуру, ответственные изделия в сельскохозяйственном, автомобильном машиностроении, в судо, - котло, - вагоно,- дизелестроении.
Высокопрочные чугуны обозначаются Вч-35… Вч100 ГОСТ 7293-85. Они имеют относительное удлинение от 2 до 22% твердость от 140 до 360 HB. Графит в высокопрочном чугуне имеет форму идеальных шаров (рис. 37 б), поэтому концентраторов напряжений ещё меньше и ещё выше механические свойства. Получают высокопрочный чугун только модифицированием жидкого расплава и только магнием. Высокопрочные чугуны могут быть ферритного, феррито-перлитного, перлитного классов. Рекомендуемое содержание углерода в высокопрочных чугунах от 2,8 до 3,8%. Из высокопрочных чугунов изготавливают прокатные валки, корпуса паровых турбин, каленвалы, литые заготовки тяжело нагруженных тормозных систем, детали, работающие при циклических нагрузках. Иногда высокопрочные чугуны закаливают и отпускают (500-6000С) для повышения механических свойств. Относительное удлинение, твердость и ударная вязкость определяются по требованию заказчика.
Структура и свойства серого чугуна зависят как от свойств металлической основы (матрицы), так и от количества, формы графита, характера цементита. Относительное удлинение у собственно серого чугуна (Сч) равно 0,2-0,5%, у ковкого 5-15%, у высокопрочного 5-15%. Нижние значения, типичны для перлитных чугунов, верхние – для ферритных чугунов. Твёрдость перлитного чугуна ~ 250 НВ, феррито-перлитного ~ 200 НВ, ферритного ~ 150 НВ.
Белые чугуны можно подразделить на углеродистые и легированные. Углерод в белых чугунах содержится в виде химического соединения цементита, карбида железа (Fe3C). Белые чугуны тверды, хрупки, износостойки. Углеродистые белые чугуны, с помощью отжига можно превращать в ковкие чугуны и собственно серые. Высоколегированные белые чугуны, содержащие много карбидов Mn, Cr, Ti, W, V, Mo и других остаются белыми после любой термообработки (рис. 39). Белые чугуны обозначаются, например, ИЧХ 15Г4НТ, ЧХ 28Н2Т, ЧХН4Г7 и т.д. (Износостойкий чугун хромистый, чугун хромистый, далее идёт обозначение легирующего элемента и его содержания в процентах).
а б в
г д е
Микроструктура поверхности:
а – песчано – глинистая форма;
б – песчано – глинистая
форма с холодильником;
в – металлическая форма
Микроструктура сердцевины:
г – песчано – глинистая форма;
д – песчано – глинистая форма с холодильником;
е – металлическая форма
Рисунок 39 – Микроструктура доэвтектического хромомарганцевого чугуна ИЧ210Х12Г5, кристаллизовавшегося при разной скорости охлаждения (плоская плита толщиной 100 мм)
В чугунах всегда содержится Mn, Si, вредные примеси S и Р, газы Н,N,О и сопутствующие элементы Cr, Ni, Cu. Вредные примеси S и Р , газы Н,О,N снижают все механические свойства.
Кремний (Si) даётся в чугун для раскисления металла. Самое главное назначение кремния – его влияние на усиление графитизации углерода, изменение структуры чугуна. Содержание Si в чугуне колеблется от 0,5 до3%. Изменяя содержание Si можно получать совершенно различные по свойствам и структурам чугуны от малокремнистого белого до высококремнистого ферритного серого, ковкого, высокопрочного.
Марганец (Мn) препятствует графитизации, отбеливая чугун.
Сера (S) ухудшает все механические свойства чугуна, снижает жидкотекучесть и другие литейные свойства, отбеливает его. Серу необходимо иметь < 0,05%.
Фосфор (Р) ухудшает все механические свойства чугуна. Его необходимо иметь в чугуне < 0,1%. Однако, фосфор сильно увеличивает жидкотекучесть.
Для повышения механических свойств, придание специфических свойств чугуны легируют чаще всего хромом, титаном, ванадием, марганцем, молибденом, кремнием, алюминием, никелем, медью. Его модифицируют кремнием (75%,90%), магнием и магниевыми лигатурами, кальцием, силикокальцием, церием и СЦЕми.
К специальным чугунам относятся:
а) износостойкий белый чугун легированный Cr, Mn–Cr, Cr-V, Cr-Ni, Cr-Mo. В результате образования тугоплавких, твёрдых карбидов получается высокая твёрдость, повышается износостойкость. Эти чугуны плохо механически обрабатываются, у них хуже литейные свойства. Приведём некоторые марки ИЧХ15Г4НТ, ЧХ16, ЧХ9Н5, ЧХ16М2, ЧХ22, ЧХ28Н2Т, ЧХ32, и т.д. Эти чугуны применяются для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа при размоле руд, угля, цемента, щебня и т.д.;
б) жаростойкие чугуны могут работать до температуры 700-10000С. Их изготавливают на основе:
- алюминия - алюминиевые жаростойкие чугуны. Их некоторые марки ЧЮХШ, ЧЮ6С5, ЧЮ7Х2, ЧЮ22Ш, ЧЮ30 и т.д;
- хрома – хромистые чугуны. Их некоторые марки ЧХ1, ЧХ3, ЧХ16, ЧХ28 и т.д.;
- кремния - кремнистые чугуны. (ЧС5, ЧС5Ш и т.д.);
в) коррозионостойкие чугуны:
- хромистые ЧХ22С, ЧХ28, ЧХ32Н2Т и т.д;
- высококремнистые ЧС13, ЧС15, ЧС15М4, ЧС17М3;
- высоконикелевый ЧН15Д4, ЧН15Д7 и д.р.
г) жаропрочный чугун: ЧН11Г7Ш, ЧН19Х3Ш, ЧЮ22Ш;
д) немагнитный чугун: ЧГ8Д3, ЧН11Г7Ш, ЧН19Д7, ЧН19Х3Ш, ЧН20Д2Ш и т.д.;
е) антифрикционный чугун легируют Cr, Ni, Ni, Cu, Sb, Pb, Al, Mg, P и другими элементами. Примеры марок чугунов АСЧ 1,2…6; АЧВ 1; АЧВ-2; АЧК-1; АЧК-2 и другие.
Чугуны подвергаются термической обработке для изменения их структуры и механических свойств. Серые чугуны термообрабатывают по следующим основным режимам:
- закалка с отпуском (улучшение) для увеличения твёрдости и прочности;
- нормализация производится для получения перлитной структуры;
- высокотемпературный отжиг производится для снижения отбеленности чугуна, графитизации;
- отжиг для снятия напряжений.
Белые чугуны также термически обрабатывают по следующим основным режимам:
- отжиг для улучшения обрабатываемости. Чугуны медленно нагреваются (~ 700/ час) и медленно охлаждается с температур ~ 9000С;
- закалка чаще всего с охлаждением на воздухе.
3 Основы термической обработки и поверхностного упрочнения сплавов
Классификация и маркировка легированных сталей
В основу классификации легированных сталей заложены четыре признака:
- равновесная структура;
- структура охлаждения на воздухе;
- химсостав;
- назначение.
По равновесной структуре легированные стали подразделяются на доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные и ледебуритные и, следоватнльно, ферритные, феррито - перлитные, перлитные, перлито-цементитные. В ледебуритных сталях присутствует эвтектика (ледебурит), которая характерна для чугунов. Стали, легированные сильными аустенизаторами (C, Mn, Ni, Co, Cu), имеют расширенную γ -область и относятся к аустенитному классу. Стали, легированные сильными ферритообразующими элементами, относятся к ферритному классу (Cr, Mo, W, Ti и др.)
После нормализации (нагрев выше Асз и охлаждение на воздухе) легированные стали имеют следующие основные классы: ферритный, перлитный, мартенситный и аустенитный. Перлит может иметь структуру сорбита, тростита, бейнита в малолегированных сталях, мартенсита в легированных и аустенита (в высоколегированных).
По химсоставу стали классифицируются в зависимости от легирующих элементов: хромистые, марганцовистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и многие другие. Легированные стали могут быть низколегированные (до 3% легирующих элементов), среднелегированные (от 3 до 10%), высоколегированные (от 10 до 50%).
Легированные стали, как и углеродистые, делятся по качеству в зависимости от содержания вредных примесей (S и P), газов (H, N, O), неметаллических включений, способа выплавки, мехсвойств.
Стали обычного качества (общего назначения) содержат фосфора и серы ~ до 0,035 и 0,04 %; качественные до 0,025% каждого элемента, высококачественные (до 0,015% и до 0,025%) и особовысококачественные ( до 0,01% каждого элемента).
По назначению стали классифицируются на:
а) конструкционные;
б) инструментальные;
в) стали и сплавы с особыми свойствами.
Маркировка легированных сталей осуществляется следующим образом. Первые одна, две, три цифры в начале марки обозначает содержание углерода (18Х2Н2 МФА, 110Г13ЧТЛА, 9ХВГСА). В конструкционных сталях углерод находится в сотых долях процента, в инструментальных – десятых долях процентов. Буквы правее цифр углерода обозначают легирующие элементы: А – азот, Б – ниобий, В – вольфрам, Г – марганец, Д – медь, Е – селен, К – кобальт, Н – никель, М – молибден, П – фосфор, Р- бор, С – кремний, Т – титан, Ф – ванадий, Х – хром, Ц – цирконий, Ч – редкоземельные металлы, Ю – алюминий. Цифра стоящая после буквы указывает содержание элемента в процентах. Если цифры не стоит, то это говорит о том, что содержание соответствующего легирующего элемента составляет приблизительно 0,9 – 1,5 %. Если цифры не стоит после Mo, V, N, P3M, Ti, Ta, Nb, Zn, то это означает, что этого элемента содержится 0,2 – 0,5%; после перечисленных элементов в других случаях ставится цифра, в том числе «1». Высококачественные стали в конце марки обозначаются буквой «А» (т.е. содержание S, P, H, N, O – регламентировано). Особовысококачественные стали в конце обозначаются буквой «Ш», что говорит о выплавке стали электрошлаковым переплавом. Буква «А» в середине марки стали свидетельствует о легированности стали азотом. Если буква «А» стоит в начале марки, то это обозначает, что сталь «автоматная», с повышенным S и P, для лучшей обрабатываемости на автоматических станках. Качество этих «так называемых автоматных» сталей низкое. Если сталь легирована свинцом, то ее обозначают, например, АС35Г2, где А – «автоматная», С – легирована Рb, 35 – содержание углерода 0,35%, 2% - марганца.
Шарикоподшипниковые стали (ШХ9, ШХ12, ШХ15…) маркируются буквой «Ш», Х – хром, цифры обозначают содержание хрома в десятых долях процента, т.е. 0,9; 1,2; 1,5. Содержание углерода равно 0,9 – 1,1%. К ним предъявляются высокие требования по количеству неметаллических включений.
Быстрорежущие стали, содержащие большое количество вольфрама, молибдена, ванадия, обозначаются буквой «Р», следующая цифра отражает содержание вольфрама. Например: Р18 – быстрорез, содержащий 18% вольфрама, Р9М3Ф3Т3А – быстрорез, содержащий 9% W, 3% Mo, 3% V, 3% Ti, A – высококачественная сталь.
Некоторые стали, изготавливаемые на заводах «Электросталь» в г. Электросталь, «Спецсталь» в г. Златоуст, «Днепроспецсталь» в г. Запорожье и некоторых других, обозначаются ЭИ, ЭП с порядковым номером разработки (ЭИ 962 – 11Х11Н2В2МФА, ЭП 33 – 10Х11Н23Т3МР и т.д.) Данные по таким сталям можно найти только в технических условиях (ТУ) заводов, МРТУ.
Конструкционные стали составляют самую обширную группу материалов, которые идут на изготовление деталей машин, строительных конструкций. Они должны иметь высокие мехсвойства, быть долговечными, надежными. Высокие мехсвойства достигаются у «улучшенных» сталей (закалка с отпуском). Для повышения мехсвойств, увеличения закаливаемости и прокаливаемости стали легируют, микролегируют. Существенно сказывается на повышение мехсвойств измельченное зерно (рис.52). Уменьшение содержания вредных примесей стали (S, P, N, H, O, Sb, As и др.) очень сильно влияет на повышение мехсвойств, эффективное средство против отпускной хрупкости 1 рода (~ 270 - 330°С) и 2 рода (~470 - 520°С). Во избежание охрупчивания при отпуске сталей необходимо предусмотреть быстрое охлаждение после отпуска в интервалах этих температур.
Рисунок 52 –Шкала размеров зерна
Строительные стали
Они содержат обычно углерода до 0,25 %. Повышение прочности достигается за счет экономного легирования относительно дешевыми элементами: Mn до 1,8%, Si до 1,2%, Cr до 1%, иногда Ni до 0,8%, Cu до 0,5%, V до 0,15%, Ti до 0,05%. Например: СТ3,СТ10, 17ГС, 09Г2СФА, 09Г2, 09Г2С, 15Г2ФС и др. Они поставляются горячекатаными, нормализованными, термически улучшенными.
Классификация сталей со специальными свойствами
К сталям со специальными свойствами относятся следующие:
а) износостойкие;
б) нержавеющие;
в) жаропрочные и теплоустойчивые, жаростойкие;
г) с особенностями теплового расширения;
д) с особыми магнитными свойствами;
е) электротехнические стали;
ж) кислотостойкие стали;
и) криогенные стали, работающие до температур – 270°С;
к) стали и сплавы с высоким омическим сопротивлением.
Стали с особенностями теплового расширения
Эти стали имеют заданный коэффициент линейного расширения равный коэффициенту расширения стекла, пластмассы и др.материалов. Это сплавы железа, никеля, кобальта.
Инвар 36Н: углерод - ≤0,05%, никель 36%, основа – железо.
Ковар 29НК: углерод ≤ 0,05%, никель 29%, кобальт 18%, железо остальное.
Электротехнические стали
Это стали магнитомягкие и применяются для изготовления «железа», электродвигателей, трансформаторов из тонколистовой холоднокатаной стали. У них высокая магнитная проницаемость, малая коэрцитивная сила (малы потери на перемагничивание и вихревые токи). Для этого используются железокремнистые сплавы, содержащие C=0,05– 0,005%, S и P ≤ 0,01% каждого. Содержание кислорода, водорода, азота должно быть минимальное.
Парамагнитные (немагнитные) стали
Это стали типа 17Х18Н9, 12Х18Н10Т, 55Х3Н9Г9, 50Х4Г18, 40Х14Н9Г3ЮФ2, 45Г18Х2ТЮЛ и многие другие, они применяются для изготовления деталей работающих в сильных электрических полях постоянного и переменного тока.
Кислотостойкие стали
Чтобы увеличить стойкость в кислотах, в аустенитные высокохромисто – никелевые стали добавляют Mo, Cu. Ti и Al для интерметаллидного упрочнения.
Стали и сплавы с высоким электросопротивлением
Они применяются для изготовления нагревателей разных конструкций. В эти сплавы часто добавляют алюминий, молибден, вольфрам и др. тугоплавкие металлы. Их температура плавления от 1370 до 1450°С. Сплавы: Х10Н90, Х20Н80, Х40Н60, Х50Н50, Х20Н75ГТЮ, Х25Н60В15Т, Х30Н70, ХН78Т, ХН75МБТ10, Х70Ю, ХН80ТБ10 и др. с интерметаллидным упрочнением, выдерживают нагрев до 1150 - 1200°С.
Графит
Это одна из аллотропических разновидностей углерода. В решетке графита имеются свободные электроны, сообщающие графиту электро- и теплопроводность, металлический блеск. Графит не плавится, а при температуре 37000 С испаряется (сублимируется). Графит встречается в естественных условиях и получается искусственным путем из нефтяного кокса и каменноугольного пека. Изделия прессуют, обжигают, графитизируют при 30000 С. Из графита изготавливают блоки, электроды, ткани.
Пиролитический графит получается из газообразного сырья (метана).
Для повышения качества технического графита его рекристализуют при давлении 50МПА и температурах свыше 25000 С. Обработка графита парами кремния дает силицированный графит, работающий при высоких температурах в условиях эрозии. Графит устойчив к тепловым ударам. Он перспективный материал высокой жаропрочности, теплозащитный материал. Графит обладает хорошими антифрикционными свойствами.
Графит применяется в металлургии для футеровки печей, изготовления электропроводящих электродов, в летательных аппаратах, для изготовления высоконагреваемых конструкций и двигателей, в ядерных реакторах, в виде углеграфитовых волокнистых изделий: ткани, фетры, войлоки (типа УТМ), пластины, нити, маты.