Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учереждение ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СИБИРСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Реферат
Тема: Низко отпущенные высокопрочные
стали
Вариант № 7
Выполнил: студент гр.
.
Проверил:
Новокузнецк
2016
ВВЕДЕНИЕ
Конструкторы при выборе материала
для какой-либо конструкции или изделия
не могут учитывать только один или два
каких-либо критерия, характеризующие
свойства материала, им необходимо знать
его конструктивную прочность.
Конструктивная прочность - это определенный
комплекс механических свойств, обеспечивающий
длительную и надежную работу материала
в условиях его эксплуатации. Конструктивная
прочность - это прочность материала конструкции
с учетом конструкционных, металлургических,
технологических и эксплуатационных факторов,
т. е. это комплексное понятие. Считается,
что как минимум нужно учитывать четыре
критерия: жесткость конструкции, прочность
материала, надежность и долговечность
материала в условиях работы данной конструкции.
Жесткость конструкции. Для многих
силовых элементов конструкций - шпангоутов,
стрингеров, плоских пластинок, цилиндрических
оболочек и т, п.
- условием, определяющим их работоспособность,
является местная или общая жесткость
(устойчивость), определяемая их конструктивной
формой, схемой напряженного состояния
и т. д., а также и свойствами материала.
Показателем жесткости материала является
модуль продольной упругости Е
(модуль жесткости) - структурно нечувствительная
характеристика, зависящая только от природы
материала.
Среди главных конструкционных
материалов наиболее высокое
значение модуля Е имеет сталь,
наиболее низкое - магниевые сплавы
и стеклопластики.
Однако оценка этих материалов существенно
изменяется при учете их плотности и использовании
критериев удельной жесткости и устойчивости.
При оценке по этим критериям, выбираемыми
в соответствии с формой и напряженным
состоянием, во многих случаях наиболее
выгодным материалом являются магниевые
сплавы и стеклопластики, наименее выгодным
- углеродистые и легированные стали.
Прочность - способность тела сопротивляться
деформациям и разрушению.
Большинство технических характеристик
прочности ((в, (0,2) определяют в результате
статического испытания на растяжение.
Эти характеристики зависят от структуры
и термической обработки.
Прочность конструкционных материалов,
используемых в технике, изменяется в
очень широком диапазоне - от 100(150 до 2500(350О
МПа. Однако выбор
материала только по абсолютному значению
показателей прочности (т
((0,2), (в и др. не дает правильной оценки
возможностей материала. Для создания
конструкции (машины) с минимальной массой
большое значение имеет плотность материалов.
С учетом этого более правильно оценивать
значение его удельной прочности отношением
характеристик прочности (т, (в и др. к плотности
материала (например, (в/(, (т/(, где ( - плотность
материала, г/см3).
видно, что, например, алюминиевые сплавы,
имея значительно меньшую абсолютную
прочность, чем углеродистые и многие
легированные стали, превосходят их по
удельной прочности. Это означает, что
при равной прочности масса изделия из
алюминиевых сплавов меньше, чем
изделия из стали. Наиболее высокую удельную
прочность имеют стеклопластики типа
СВАМ, а из металлических конструкционных
материалов - титановые сплавы.
Оценивая реальную прочность
конструкционного материала, следует
учитывать характеристики пластичности
(, (, а также вязкость материала,
так как именно эти показатели
в основном определяют возможность
хрупкого разрушения. Это относится
и к высокопрочным материалам,
которые, обладая высокой прочностью,
склонны к хрупкому разрушению
Модуль упругости Е и (0,2 являются расчетными
характеристиками, определяющими допустимую
нагрузку.
Надежность-свойство изделия
выполнять заданные функции, сохраняя
свои эксплуатационные показатели
в заданных пределах в течение
требуемого промежутка времени
или требуемой наработки. Надежность
конструкции - это также ее способность
работать вне расчетной ситуации,
например, выдерживать ударные нагрузки.
Главным показателем надежности
является запас вязкости материала,
который зависит от состава, температуры
(порог хладноломкости), условий
нагружения, работы, поглощаемой при
распространении трещины и т.
д.
Сопротивление материала хрупкому разрушению
является важнейшей характеристикой,
определяющей надежность работы конструкций.
Долговечность-свойство изделия сохранять
работоспособность до предельного состояния
(невозможности его дальнейшей эксплуатации).
Долговечность конструкции зависит от
условий ее работы. Прежде всего это сопротивление
износу при трении и контактная прочность
(сопротивление материала поверхностному
износу, возникающему при трении качения
со скольжением). Кроме того, долговечность
изделия зависит от предела выносливости,
зависящего в свою очередь от состояния
поверхности и коррозионной стойкостью
материала.
Стали являются наиболее распространенными
материалами. Обладают хорошими технологическими
свойствами. Изделия получают в результате
обработки давлением и резанием.
Достоинством является возможность,
получать нужный комплекс свойств, изменяя
состав и вид обработки. Стали, подразделяют
на углеродистые и легированные.
НИЗКООТПУЩЕННЫЕ ВЫСОКОПРОЧНЫЕ СТАЛИ.
Легированные
стали могут быть классифицированы по
следующим признакам:
1. По равновесной
структуре (достигается обычно отжигом).
2. По структуре
после охлаждения на воздухе (с температуры
нагрева – 9000С).
3. По составу.
4. По назначению.
5. По содержанию
легирующих элементов.
6. По качеству.
По равновесной
структуре стали можно разделить на группы:
– стали
перлитного класса:
доэвтектоидные
– содержат избыточный легированный феррит
и эвтектоид (квазиэвтектоид – похож на
эвтектоид, но с другим химическим составом,
имеющий более дисперсное строение –
сорбит, троостит);
эвтектоидные
– структура: перлит, сорбит, троостит;
заэвтектоидные
– структура: эвтектоид (квазиэвтектоид)
и избыточные (вторичные) карбиды типа
М3С;
– стали
ледебуритного (карбидного) класса имеют
в структуре в литом состоянии эвтектику
типа ледебурита. При ковке карбиды принимают
форму обособленных глобулей. Количество
карбидов в сталях достигает 30-35%. Содержание
углерода <2,0%, поэтому их сплавы и относятся
к сталям. Легируют Cr, W, V которые сдвигают
т.S и Е влево, к более низким содержаниям
углерода;
– стали
аустенитного класса:
основными
легирующими элементами являются – Ni,
Mn, которые расширяют область существования
г- Fe. Стали этого класса не испытывают
б⇄г – превращение;
– стали
ферритного класса:
основными
легирующими элементами являются – Cr,
W, Mo, V, Si, Al и другие при низком содержании
углерода; они ограничивают область существования
аустенита. В сталях этого класса также
отсутствует превращение б ⇆ г.
Могут быть
промежуточные классы: полуферритные,
полуаустенитные.
Легированные
стали охлаждённые на воздухе с 900˚С делятся
на классы:
1. Перлитный
класс.
2. Мартенситный
(М – это перенасыщенный раствор углерода
и легирующих элементов в б-железе) класс.
3. Ледебуритный
(карбидный) класс
4. Аустенитный
класс.
5. Ферритный
класс.
Стали перлитного
класса характеризуются относительно
малым содержанием легирующих элементов,
мартенситного – более значительным и,
наконец, аустентитного – высоким содержанием
легирующих элементов.
Классификация
по составу:
Никелевые
– легирована Ni.
Хромистые
– легирована Cr.
Ванадиевые
– легирована V.
Марганцовистая
– легирована Mn.
Хромоникельмолибденовая
– легирована Cr, Ni, Mo, т.е.зависит от наличия
легирующих элементов.
Классификация
по назначению:
Конструкционная
сталь – изготовляют детали машин, элементы
конструкций и др.
Инструментальная
сталь – режущий, измерительный, штамповый
и прочий инструмент.
Стали и
сплавы с особыми свойствами (физико-механическими)
– нержавеющие, жаропрочные, теплоустойчивые,
износоустойчивые и т.п.
Классификация
по содержанию легирующих элементов:
1. Низколегированная
сталь – легирующих элементов до 2,5%.
2. Легированная
сталь – легирующих элементов 2,5 ч 10%.
3. Высоколегированная
сталь – легирующих элементов более 10%
(Fe> 45%).
Классификация
по качеству (определяется количеством
вредных примесей):
1. Качественные
(S и P ≤ 0,035%).
2. Высококачественные
(S < 0,03%, P < 0,03%).
3. Особовысококачественные
(S ≤ 0,025%, P ≤ 0,025%).
Маркировка
легированных сталей
Маркировка
легированных сталей производится по
принципу буквенно-цифрового обозначения.
Используются буквы русского алфавита.
А – азот N (если в середине маркировки)
А – в начале маркировки – автоматная
сталь
А – в конце маркировки – сталь
высококачественная
Б – ниобий Nb
В – вольфрам W
Г – марганец Mn
Д – медь Cu
Е – селен Sc
К – кобальт Co
Л – литая сталь (в конце марки)
М – молибден Mo |
П – фосфор P
Р – бор B
С – кремний Si
Н – никель Ni
Т – титан Ti
Ф – ванадий V
Х – хром Cr
Ц – цирконий Zr
Ч – редкоземельный металл (РЗМ)
Ю – алюминий
Ш – в начале маркировки – сталь
шарикоподшипниковая
Ш – в конце маркировки – сталь
особовысококачественная |
Первая
цифра которая стоит в маркировке показывает
содержание углерода:
конструкционные
стали – в сотых долях процента углерода;
инструментальные
стали – в десятых долях процента углерода
(если больше 1%, то углерод может не указываться);
в специальных
сталях – смешанное обозначение.
Цифра после
буквы, обозначающей легирующий элемент,
указывает на содержание данного легирующего
элемента в целых процентах; отсутствие
цифры указывает, что легирующий элемент
содержится в количестве ~ 1,0 – 1,5% и менее.
Исключение.
Если у следующих букв – V, Mo, W, Ti, N обозначающих
легирующий элемент нет цифр, то: V, Mo, W
≈ 0,2ч0,4%; Ti ≈ 0,03ч0,09%; N ≈ 0,015ч0,025%.
ПРИМЕРЫ:
Конструкционные
стали:
40Х –
0,4% С, ~1,0% Cr.
35XH – 0,35%
C, 1,0% Cr, 1,0% Ni.
40XBA – 0,4%
C, 1,0% Cr, 1,0% W, высококачественная.
16Г2AФ
– 0,16% C, 2,0% Mn, до 1,0% N, до 1,0% V.
15XCHД – 0,15%
C, 1,0% Cr, 1,0% Si, 1,0% Ni, 1,0% Cu.
50C – 0,5%
C, 1,0% Si – рессорно-пружинная сталь.
60С2, 50ХФ,
30ХГС, 12Г2, 18Х2Н2МА, 35ХГС-Ш.
Сталь «Юлька»
– 45Г14Ю3А – 0,45% С, 14% Mn, 3% Al, высококачественная.
50ХЗСНМФАЧА
– 0,5% С, 3,0% Cr, до 1% Si, до 1% Ni, до 1% N, до 1% РЗМ,
высококачественная.
Инструментальные
стали:
9ХС –
0,9% С, 1% Cr, 1% Si.
X – ≥ 1%C,
1%Cr
XBГ –
≥ 1% C, 1% Cr, 1% W, 1% Mn.
B4 – ~ 1% C,
4% W.
X12 – 1,4ч2.3%
C (связано со смещением критических точек),
12% Cr.
Х12M, Х12Ф,
6Х6ВЗМФС – стали для холодного деформирования.
5ХНВ, 5ХНТ,
3Х2В8Ф – стали для горячего
деформирования.
Быстрорежущие
стали:
Р9, Р18, P6M5,
РЗМЗФЗ, Р6М5К5, Р6М5Ф2К8Р.
Буква «Р»
обозначает – «рапид» (быстро).
Цифра после
буквы «Р» указывает на содержание основного
легирующего элемента данных сталей –
вольфрама (W), в целых процентах.
Быстрорежущие
стали содержат 0,7ч0,9 % углерода, приблизительно
4 % хрома и приблизительно 2 % ванадия.
Р9 – 0,7-0,8%
C, ~4% Cr, ~2% V, 9% W.
P18 – 0,7-0,8%
C, ~4% Cr, ~2% V, 18% W.
P9K5 – 0,7-0,8%C,
~4% Cr, ~2% V, 9% W, 5% Co.
Быстрорежущие
стали обладают теплостойкостью – сохраняют
высокую твердость, износостойкость при
повышенных температурах (600 – 620˚С). Скорость
резания увеличивается в 2 – 4 раза, стойкость
инструмента в 10 – 30 раз, по сравнению
с углеродистыми инструментальными сталями
типа У8-У13.
Твердость
быстрорежущих сталей после специальной
термической обработки – HRC 67-70.
Специальные
стали.
Жаростойкие
стали: 12Х17, 15Х25Т, 12Х25Н16Г7АР;
Безуглеродистые:
Х17, Х25, Х30 – очень мало углерода.
Жаропрочные:
Х22Н14В2; Х12Н20Т3Р, 4Х14Н14В2М.
Сильхромы:
Х6С, Х9С2, Х7МС, Х10С2М, Х13Н7С2 (углерода ~0,15
до 0,5%).
Износостойкая
сталь (сталь Гатфильда. Используется:
крестовины ж/д путей, прочные решетки,
ножи экскаваторных ковшей): 130Г13Л – родоначальница
легированных сталей. Содержит: 1,3% С, 13%
Mn, литая – Л.
Шарикоподшипниковая
сталь. Используется для изготовления
тел качения и подшипниковых колец. Для
получения высокой твердости (HRC60-66) и износостойкости
сталь содержит повышенное количество
углерода: 0,95 – 1,05% С.
Цифра, указывающая
на содержание хрома, в данных сталях,
соответствует десятым долям процента.
Примеры
марок: ШХ4, ШХ6, ШХ15, ШХ15СГ.
ШХ4 – 0,95-1,05%
С, ~0,4% Сr.
ШХ15СГ –
0,95-1,05% С; ~1,5% Cr, до 1% Si, до 1% Mn.
К шарикоподшипниковым
сталям предъявляются повышенные требования
по неметаллическим включениям, по неоднородности
химического состава.
Сплавы железа
- сталь и чугун - основные металлические
материалы, используемые в различных отраслях
народного хозяйства. Наиболее широко
применяют стали. Они должны иметь хорошие
технологические свойства: легко обрабатываться
давлением (многие изделия получают прокаткой,
ковкой или штамповкой), а также хорошо
обрабатываются на металлорежущих станках,
свариваться. В ряде случаев от них требуется
высокая коррозионная стойкость или жаропрочность
и т. д.