Контрольная работа: Свойства металлов и пластмасс
В закалённом состоянии сталь обладает большой твёрдостью, но вместе с тем и хрупкостью. Чтобы придать ей вязкость, производится отпуск стали после закалки. Для этого её нагревают до температуры 220-300°С и медленно охлаждают в воздухе. Твёрдость стали при этом несколько уменьшается, структура её изменяется, и она становится более вязкой. Меняя температуру отпуска, можно получить разные механические свойства.
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
| t отпуска, °С | s0,2 , МПа | sB , МПа | d5 , % | d4 , % | KCU, Дж/м2 | HB | HRCэ |
| Закалка 810 °С, масло. | |||||||
| 200 | 1960-2200 | 2160-2550 | 61-63 | ||||
| 300 | 1670-1760 | 2300-2450 | 56-58 | ||||
| 400 | 1270-1370 | 1810-1910 | 50-52 | ||||
| 450 | 1180-1270 | 1620-1710 | 46-48 | ||||
| Закалка 830 °С, масло. | |||||||
| 400 | 1570 | 15 | 480 | ||||
| 500 | 1030 | 1270 | 8 | 34 | 20 | 400 | |
| 550 | 900 | 1080 | 8 | 36 | 24 | 360 | |
| 600 | 780 | 930 | 10 | 40 | 34 | 325 | |
| 650 | 690 | 780 | 16 | 48 | 54 | 280 | |
3) Объясните влияние легирующих элементов на точки и линии диаграммы Fe - Fe 3 C , на термическую обработку и свойства стали
Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, Wo, V, А1, В, Ti и др.), а также Мn и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.
Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость закалки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15...20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых сталей.
По применимости для легирования можно выделить три группы элементов. Применимость для легирования различных элементов определяется не столько физическими, сколько, в основном, экономическими соображениями.
· Mn,Si,Cr,B;
· Ni,Mo;
· V, Ti, Nb, W, Zr идр.
Легирующие элементы по механизму их воздействия на свойства сталей и сплавов можно разделить на три группы:
· влияние на полиморфные (альфа-Fe -> гамма-Fe) превращения;
· образование с углеродом карбидов (Сг,Fе)7 С3 ; (Сг,Ре)23 С6 ; Мо2 С и др.;
· образование интерметаллидов (интерметаллических соединений) с железом - Fе7 Мо6 ; Fe3 Nb и др.
В следующей таблице показано влияние наиболее применяемых легирующих элементов на свойства стали.
| Легирующий элемент | Входит в твердый раствор с Fe и упрочняет его | Увеличивает ударную вязкость | Расширяет область аустенита | Сужает область аустенита | Увеличивает прокаливаемость | Способствует раскислению | Образует устойчивые карбиды | Повышает сопротивление коррозии |
| Ni | + | + | + | — | + | — | — | + |
| Cr | + | — | — | + | — | — | + | + |
| Mn (более 1%) | + | + | + | — | + | + | + | + |
| Si (более 0,8%) | + | + | — | + | — | + | — | — |
| W | — | — | — | — | — | — | + | — |
| Сu (0,3 - 0,5%) | + | — | — | — | — | — | — | + |
По характеру влияние на полиморфные превращения легирующие элементы можно разделить на две группы:
· элементы (Cr, W, Mo, V, Si, Al и др.), достаточное содержание которых обеспечивает существование в сталях при всех температурах легированного феррита (ферритные ставы);
· элементы (Ni, Mn и др.), стабилизирующие при достаточной концентрации легированный аустенит при всех температурах (аустенитные сплавы). Сплавы, только частично претерпевающие превращение гамма->альфа , называются, соответственно, полуаустенитными или полуферритными.
Легирование феррита сопровождается его упрочнением. Наиболее значительно влияют на его прочность марганец и хром . Причем чем мельче зерно феррита, тем выше его прочность.
Многие легирующие элементы способствуют измельчению зерен феррита и перлита в стали, что значительно увеличивает вязкость стали. Однако все легирующие элементы, за исключением никеля , при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость, трещиностойкость и повышают порог хладноломкости. Никель понижает порог хладноломкости.
Легированный аустенит парамагнитен, обладает большим коэффициентом теплового расширения. Легирующие элементы, в том числе азот и углерод , растворимость которого в аустените при нормальной температуре достигает 1%, повышают его прочность при нормальной и высокой температурах, уменьшают предел текучести.
Легированный аустенит является основной составляющей многих коррозионностойких, жаропрочных и немагнитных сплавов. Он легко наклепывается, то есть быстро и сильно упрочняется под действием холодной деформации.
Легирующие элементы (исключение кобальт ), повышая устойчивость аустенита, снижают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость. Для многих аустенитных сплавов критическая скорость закалки снижается до 20°С/с и ниже, что имеет большое практическое значение.
Карбидообразующие элементы: Fe - Mn - Cr - Mo - W - Nb - V - Zr - Ti (за исключением марганца) препятствуют росту зерна аустенита при нагреве. Сталь, легированная этими элементами, при одинаковой температуре сохраняет более высокую дисперсность карбидных частиц, и соответственно большую прочность.
Интерметаллиды образуются при высоком содержании легирующих элементов между этими элементами или с железом. Примером таких соединений могут служить Fe7 Mo6 , Fe3 Nb2 и др. Интерметаллиды, как правило, отличают повышенные твердость и хрупкость.
4. Для изготовления деталей машин и приборов выбран сплав цветного металла Л90
1) Расшифруйте состав, укажите, к какой группе относится сплав, приведите примеры деталей из него
Состав Л90 – 90% меди, 10 % цинка
Химический состав в % материала Л90
| Fe | P | Cu | Pb | Zn | Sb | Bi | Примесей |
| до 0.1 | до 0.01 | 88 - 91 | до 0.03 | 8.8 - 12 | до 0.005 | до 0.002 | всего 0.2 |
Группа – Медные сплавы