Никель(Ni)- активно расширяет гамма- область на диаграмме «железо-легирующие элементы»; хорошо растворяется в феррите, упрочняя его и увеличивая ударную вязкость стали при нормальной и пониженной температуре; увеличивает прокаливаемость стали.Стали с содержанием 7-9% никеля, например 09Х15Н8Ю, 09Х17Н8Ю отличаются повышенной прочностью после закалки и последующего старения при Т=500-750град или обработки холодом при т=-70град. Стали с содержанием 9-15% и 17-18% никеля хорошо обрабатываются давлением и сваркой, обладают высокой прочностью, вязкоупругостью, коррозионной устойчивостью. Содержание 24-26% Ni приводит к потере сталями магнитных свойств; дальнейшее повышение Ni возвращает сталям магнитные свойства.
Совместное использование Cr и Ni даёт возможность получать стали, обладающие повышенной вязкоупругостью, твёрдостью, прокаливаемостью, жаропрочностью, коррозионной стойкостью.
Кремний(Si)-активный раскислитель, при содержании более 0,7%- легирующий элемент. Хорошо растворяется в феррите, упрочняя его; при содержании более 1,5% охрупчает сталь и снижает её вязкоупругие свойства; изменяет электромагнитные характеристики, увеличивает электросопротивление сталей. Кремний, как и хром вводят для улучшения способности стали устойчиво сохранять твёрдость при высоких температурах(красностойкость)Введение кремния в небольших количествах(0,8-1,2%) повышает вязкоупругость и пластичность.
Марганец (Mn)-являясь раскислителем, устраняет вредное влияние серы, а при содержании в стали более 1% ведёт себя как легирующий элемент; хороший заменитель дорогостоящего Ni; увеличивает устойчивость аустенита и прокаливаемость ; хорошо растворяется в феррите, но при содержании более 1,5% охрупчивает его.
Титан(Ti)-титан, как и ниобий(Nb) добавляются в небольших количествах, являются активными карбидообразователями. Чаще всего исп. Для связывания углерода в хромоникелевых нержавеющих сталях в целях устранения межкристаллитной коррозии и измельчения структуры стальных отливок. Оказывает влияние на структурные превращения в сталях при их термической обработке. Титан (и ванадий) образуют устойчивые карбиды, препятствуют росту зерна аустенита при нагреве стали до 1000-1100, поэтому такие стали имеют мелкое природное зерно и не боятся перегрева при термической обработке.
НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ , легированная сталь, устойчивая к коррозии на воздухе, в воде, а также в некоторых агрессивных средах. Наиболее распространены хромоникелевая и хромистая нержавеющая сталь, часто с добавкой Mn, Ti и других элементов. Нержавеющая сталь устойчива против электрохимической коррозии, т.е коррозии, вызванной действием электролитов: кислот, щелочей, солей.
КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ , способность материалов сопротивляться коррозии. У металлов и сплавов определяется скоростью коррозии, т. е. массой материала, превращенной в продукты коррозии, с единицы поверхности в единицу времени, либо толщиной разрушенного слоя в мм в год. Повышение коррозионной стойкости достигается легированием, нанесением защитных покрытий, созданием шлифованной и полированной поверхности и т. д. При легировании в сталь вводятся элементы, образующие на поверхности защитные плёнки, прочно связанные с основным металлом и предупреждающие контакт между сталью и наружной агрессивной средой, а также повышающие электрохимический потенциал стали в разных агрессивных средах. КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ не разрушаются под действием агрессивных сред ( кислот, щелочей, солей, кислорода, влаги) и стойки при одновременном действии коррозионной среды и напряжений растяжения. К коррозионностойким материалам относятся нержавеющие стали, которые применяются в производстве химической аппаратуры, трубопроводов, резервуаров, в судостроении, и мн. др.
Чтобы сталь стала короззионностойкой необходимо оценить среду, для которой она предназначена. Эти стали можно разделить на 2 основных класса: хромистые, имеющие после охлаждения на воздухе ферритную или мартенситную структуру, и хромоникелевые, имеющие аустеническую структуру.
При введении в сталь 12-14% хрома её электрохимический потенциал становится положительным и она приобретает устойчивость против коррозии в атмосфере, морской(пресной) воде, ряде кислот, солей, щелочей.(например стали 12Х13, 30Х13, 12Х17,15Х28 и т.д)
Аустенические нержавеющие стали, обычно легированные хромом и никелем ( или марганцем), после охлаждения до комнатной температуры имеют аустеническую структуру, низкий предел текучести, умеренную прочность, высокую пластичность и хорошую коррозионную стойкость в окислитедьных средах. (например стали 12Х18Н9, 17Х18Н9 содержат 17-18% хрома,8-10% никеля). Хромоникелевые нержавеющие стали дороги. Применяют более дешёвые хромомарганцевоникелевые, в которых часть никеля заменена марганцем(10Х14Г14Н3Т) или азотом в количестве 0,15-0,4% (15Х17АГ14).
Молибден повышает устойчивость против коррозии в органических кислотах, серной кислоте и морской воде(10Х17Н13М2Т).
Низкоуглеродистая высоколегированная аустеническая сталь 06Х23Н28М3Д3Т применяется для сварных конструкций и узлов, стойких против действия горячей( до 80град) серной кислоты содержит до 0,006% с, 22-25%сr,26-29%Ni,0,5-0,9% Ti,2,5-3%Мо,2,5-3,5% Сu. Устойчивость к серной кислоте обеспечивает никель, молибден и медь. Титан уменьшает склонность к интеркристаллитной коррозии.
4. Приведите описание литейных сплавов на основе алюминия: их маркировку, состав, литейные и физико-механические свойства, область применения. Рассмотрите особенности изготовления и термической обработки отливок из алюминиевых сплавов
Все сплавы алюминия можно разделить на 3 группы:
1.деформируемые для прокатки, прессовки, ковки, штамповки и т.д.
2.литейные, предназначенные для фасонного литья
3. сплавы, получаемые методом порошковой металлургии.
Сплавы для фасонного литья должны обладать высокой жидкотекучестью, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошими механическими свойствами, сопротивлением коррозии и др.
В сплавы вводят дегирующие элементы. Содержание легирующих элементов в литейных сплавах выше, чем в деформируемых. Чаще применяются сплавы Аl-Si, Al-Cu, Al-Mg. В сплавы дополнительно включают небольшие количества кремния, марганца, никеля, хрома. Для измельчения зерна и улучшения механических свойств в сплавы вводят модифицирующие добавки Ti,Ni, В,Cl,Cr,Fe,Vи др.
В таблице 5 приведены основные марки литейных алюминиевых сплавов.
СПЛАВЫ Al-Si. Наиболее распространёнными литейными сплавами являются сплавы алюминия с кремнием, называемые силуминами. По составу силумины бывают доэвтектическими (4-5% кремния) и эвтектическими (10-13%Si)/
Маркируются силумины буквами АЛ , за которыми следуют цифры, характеризующие условный номер сплава.
Широкое применение получил силумин марки АЛ2, содержащий 10-13% кремния, имеющий малую усадку и высокую жидкотекучесть. Структура сплава состоит из кристаллов кремния и эвтектики(α+Si) грубого строения, в которой кремний находится в виде крупных игл, играющих роль крупных надрезов в пластичном алюминии. Силумин с такой структурой обладает низкими механическими свойствами. Для измельчения структуры и устранения избыточных кристаллов кремния силумины модифицируют натрием( 0,05-0,08% Na) путём присадки к расплаву смеси солей 67% NaF и 33% NaCl. В процессе затвердевания кристаллы кремния обволакиваются плёнкой силицида натрия (Na2Si), кот затрудняет их рост. В структуре происходят изменения, улучшающие механические свойства. Увеличивается пластичность и прочность. Сплав Ал2 применяется для изготовления отливок сложной формы, таких как детали масляных насосовкартеры и блоки двигателей внутреннего сгорания и т.д.
Силумина Ал3,АЛ4 с добавками меди, марганца и магния после их термической обработки становятся более прочными и твёрдыми.
Средненагруженные детали из сплава АЛ4 подвергаются только искусственному старению, а крупные нагруженные детали( корпуса компрессоров, картеры и блоки цилиндров двигателей и т.д.)- закалке и искусственному старению.
Сплав Ал8, так называемый магналий, обладает высокой коррозионной стойкостью, прочностью и небольшой плотностьюИз него изготовляют судовую арматуру, корпуса различных насосов, работающие в условиях высокой влажности.
Повышеннойтеплостойкостью и жаропрочностью обладают сплавы АЛ1 и АЛ20.Они применяются для изготовления поршней, головок цилиндров и других деталей, работающих при т300-350град.Структура литого сплава ал1 состоит из α-твёрдого раствора, содержащего Cu,Mg иNi и избыточных фаз Al2CuMg и Al6Cu3Ni. Сплав ал20 по сравн с ал1 облад лучш литейными св-вами, что объясняется присутствием в нём кремния.Для увеличения жаропрочности и измельчения структуры сплав легируют Ti,Cr иMn.Структура сплава: α-твёрдый раствор, избыточные фазы CuAl2,Al5SiFe,Al3Ti, а также фазы , содержащие марганец и хром.
СПЛАВЫ Al-Cu. Эти сплавы (Ал7, Ал19) после термической обработки имеют высокие механические свойства при комнатной и повыш темп и хорошо обрабатываются резанием. Литейные свойства сплавов низкие (большая усадка, склонность к образованию горячих трещин и т.д.Ъ Сплав Ал7 используют для отливки небольших деталей простой формы( арматура, кронштейны и т.д.)Сплав склонен к хрупкому разрушению вследствие выделения по границам зёрен грубых частиц CuAl2 и AL7Сu2Fе.Поэтому его применяют в закалённом состоянии, когда эти соединения переведены в твёрдый раствор. Если требуется повышенная прочность, то отливки после закалки подвергают старению при т150град,2-4ч. В сплаве Ал19, кроме СuAl2, образуются фазы Al12Mn2Cu и Al3Ti, располагающиеся в объёме зёрен твёрдого раствора. Присутствие в твёрдом растворе марганца и образование в объёме зерна интерметаллидных фаз повышает жаропрочность сплава.Титан измельчает зерно.