Свойства легированных сталей. Испытание на твёрдость по Бринеллю (стр. 5 из 6)

Во-первых, чистота по легирующим элементам (Сг < 0,10%; Ni < 0,15%; Сu < 0,2%), иначе изотермический распад аустенита за время пребывания в свинцовой ванне не закончится, а остаток аустенита на выходе из ванны даст хрупкий мартенсит или бейнит. Использование лома в шихте исключается.

Во-вторых, вытягиваясь при волочении, границы зерна исходного аустенита превращаются в ленты вдоль оси проволоки. Если на них были сегрегации фосфора или наночастицы AlN или MnS, проволока расслаивается по этим лентам при скручивании (или при волочении). Поэтому когда-то сталь для пружин плавили только из древесноугольного чугуна (чистого по фосфору и сере). Сегодня его заменило железо прямого восстановления.

В-третьих, важна чистота по неметаллическим включениям. Если включения деформируемы и при холодном волочении (как MnS), то из округлых в слитке они превратятся в нити макроскопической длины и субмикронной толщины, а включения - дендриты - в пучок нитей, по которым и произойдет расслой. Канаты из стали 60 с округлыми сульфидами (от введения РЗМ) выдерживали 25000 перегибов, а с длинными включениями - только 18000.

20. Назовите виды коррозионных повреждений нержавеющей стали

Коррозией – называется разрушение металлов и сплавов вследствие химического и физико-химического воздействия на них окружающей среды. При техническом проектировании серьезное внимание уделяется мероприятиям защиты от коррозии.

Различают два вида коррозии металлов: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия происходит при воздействии на металл или сплав сухих газов при повышенных температурах и жидких неэлектролитов (бензин, смола, масло и др.).

Электрохимическая коррозия происходит при действии на металлы жидких электролитов (водные растворы солей, щелочи, кислоты), влажного воздуха, т.е. проводников электричества. В технике больше всего приходится иметь дело с электрохимической коррозией.

По условиям протекания коррозия делится, в зависимости от окружающей среды, на газовую, жидкостную, почвенную, атмосферную. А в зависимости от дополнительных внешних воздействий на щелевую, контактную, радиационную, под напряжением, при ударном и истирающем воздействии, биокоррозию и органогенную.

По характеру разрушений металлов в результате воздействия агрессивных сред коррозия разделяется на общую (сплошную) и локальную (местную).

Общую коррозию разделяют на равномерную и неравномерную, а локальную – на коррозию пятнами, язвами, точками и подповерхностную, структурно-избирательную, компонентно-избирательную, межкристаллитную (МКК), ножевую – в зоне сварного шва.

В особый вид выделяют коррозионное растрескивание, вызываемое дополнительными напряжениями.

Локальная коррозия более опасна, нежели общая, так как при сравнительно небольшой потере массы металла механические и функциональные характеристики аппаратуры резко снижаются. Примером локальной коррозии являются свищи в стенках аппаратов, емкостей, трубопроводов и т.д.

21. Выбор и материаловедческое обоснование технологий формирования свойств

Выбор материала вида и режима термической или химико-термической обработки для конкретных деталей, работающих в определённых условьях.

Задание: Пружины и рессоры легкового автомобиля изготавливают из высококачественной легированной стали. Толщина пружины (ш14мм) и рессоры (δ=5мм). Сталь должна обладать высокими пределами прочности, выносливости и упругости. Подберите сталь, укажите её состав и свойства в зависимости от термической обработки.

Содержание работы.

1. Изучить условья работы и требования, предъявляемые к ней.

2. Выбрать марку стали для изготовления заданной детали, изучить её химический состав и механические свойства, обосновать выбор материала.

3. Разработать в зависимости от условий работы детали необходимый вид и режим термический (ТО) или химико-термический (ХТО) режим обработки.

4. Приложить график ТО или ХТО, указать структуру и механические свойства материала детали после окончательной обработки.

К материалам с высокими упругими свойствами относятся пружинные стали и сплавы.

Независимо от условий применения пружинные стали должны иметь определённые, характерные для всех конструкционных сплавов свойства – высокую прочность в условьях статического, циклического и динамического нагружения, достаточную пластичность и вязкость, а также высокое сопротивление разрушению. Однако основным свойством которым должны обладать пружинные стали и сплавы, является высокое сопротивления малым пластическим деформациям как в условьях кратковременного (предел упругости), так и длительного нагружения, зависящие от состава и структуры этих материалов, а также от параметров воздействия на них внешних условий – температуры, коррозионной активности внешней среды и д.р. Между сопротивлением малым пластическим деформациям и пределом прочности во многих случаях существует определённая связь.

Таким образом, сопротивление малым пластическим деформациям определяет весь комплекс основных свойств пружинных сталей и сплавов.

Стали для пружин и рессор содержат 0,5-0,75%C. Их также легируют кремнием (до 2.8%Si); марганцем (до 1.2%); хромом (до 1.2%); ванадием (до 0.25%); вольфрамом (до 1.2%); никелем (до 1.7%). При этом происходит измельчение зерна, способствующее возрастанию сопротивления стали пластической деформации.

Широкое применение на автотранспорте нашли кремнистые стали 55С2; 60С2; 70С3А.

Для повышения прокаливаемости и торможения роста зерна при нагреве в кремнистые стали вводят хром, ванадий 60С2ХФА; вольфрам 65С2ВА; никель 60С2Н2А. Лучшими свойствами обладает стали 50ХФА и 50ХГФА. Они используются для автомобильных рессор и пружин.

Дополнительное легирование марганцем повышает прокаливаемость и улучшает прочностные свойства. Поэтому сталь 50ХФА; 50ХГФА; 55СГФ применяют для пружин особо ответственного назначения, и рессор легковых автомобилей.

Таблица 3 Химический состав рекомендуемых легированных сталей

Сталь	C %	Mn %	Si %	Cr %	Ni %	Cu %	V %
50ХФА	0.46-0.54	0.50-0.80	0.17-0.37	0.80-1.10	≤0.25	≤0.20	0.10-0.20
50ХГФА	0.46-0.54	0.80-1.00	0.17-.037	0.95-1.10	≤0.25	≤0.20	0.15-0.25
55СГФ	0.52-0.60	0.95-1.25	1.50-2.00	≤0.30	≤0.25	≤0.20	0.10-0.15

Назначим режимы термической обработки для выбранных марок легированных пружинных сталей.

Таблица 4 Режимы термической обработки

Сталь	Температура закалки	Среда	Температура отпуска
50ХФА	850°C	Масло	470°C
50ХГФА	850°C	Масло	470°C

Сравнительные свойства легированных пружинных сталей после термической обработки.

Таблица 5 Сравнительные свойства сталей.

Сталь	Механические свойства
	не менее
	σ_0.2	σ_В	δ	φ	HRC
	МПа	МПа	%	%
50ХФА	1080	1270	8	35	42-48
50ХГФА	1325	1420	6	35	42-48

В таблице 7 приведены зависимости свойств пружинных сталей марок 50ХФА и 50ХГФА от температуры отпуска по которым можно назначить его оптимальные величины.

Таблица 6 Полосы прокаливаемости стали 50ХГФА

Таблица 7 Предел упругости (МПа) после закалки и отпуска (числитель), а также после закалки и динамического старения (знаменатель) пружинных сталей.

Сталь	Температура отпуска (динамического старения) °C
Сталь	250	300	350	400	450
50ХФА	1200/1600	1220/1580	1270/1580	1200/1580	1150/1400
50ХГФА	1230/1600	1250/1580	1380/1550	1250/1500	1170/1400

График 1 График термообработки легированных пружинных сталей марок 50ХФА и 50ХГФА.

AB – Линия нагрева стали под закалку 850°C

BC – Выдержка

CD – Линия охлаждения на масло

Мз – После закалки структура мартенсит

AґBґ – Линия нагрева отпуска

BґCґ – Линия выдержки, 60-90 минут

Тр – Структура тростит 42-48 HRC

Свойства пружинной стали могут быть существенно повышены (Таблица 7 Предел упругости (МПа) после закалки и отпуска (числитель), а также после закалки и динамического старения (знаменатель) пружинных сталей.) в результате применения процесса динамического старения (или отпуска под нагрузкой). Эта обработка заключается в нагружении стали после предварительной закалки и низкого отпуска (170-180°C) при средней температуре нагрева (отпуске) нагрузкой обеспечивается напряжение в образце до значения 0.7-0.8 предела текучести при этих температурах. Улучшение свойств в результате динамического старения является следствием более полного распада остаточного аустенита и формирования структурного состояния стали отличающегося от наблюдаемого после обычного отпуска.

Это связанно с влиянием напряжений возникающих под воздействием нагрузки, на условья выделения карбидов и их структуру. Кроме того, при динамическом старении изменяется и ориентация частей карбидов, дисперсность которых после всех температур процесса обработки выше, чем после обычного отпуска. Эти изменения структуры и определяют улучшения всего комплекса свойств пружинных сталей.

Испытание на прочность по Бринеллю

Под твердостью материала понимают его способность сопротивляться пластической или упругой деформации при внедрении в него более твердого тела (индентора).