Влияние кристаллографической текстуры на анизотропию физико-механических свойств деформированных полуфабрикатов из сплавов на основе титана (стр. 1 из 8)
Тема работы: «Влияние кристаллографической текстуры на анизотропию физико-механических свойств деформированных полуфабрикатов из сплавов на основе титана»
Содержание
Введение
Глава 1. Аустенитные коррозионно-стойкие стали
1.1 Способы получения аустенитной структуры
1.2 Коррозионно-стойкие(нержавеющие) стали
Глава 2. Азотсодержащие коррозионно-стойкие стали
Глава 3. Технология производства аустенитных коррозионно-стойких сталей
3.1 Выплавка аустенитных коррозионно-стойких сталей
3.2 Выплавка азотсодержащих аустенитных коррозионно-стойких сталей
3.3 Термомеханическая обработка аустенитных коррозионно-стойких сталей
3.4 Термомеханическая обработка азотсодержащих аустенитных коррозионно-стойких сталей
3.5 Термообработка аустенитных азотсодержащих коррозионно-стойких сталей
Глава 4. Свойства аустенитных азотсодержащих коррозионно-стойких сталей
Выводы
Список использованной литературы
Введение
Прогнозы показывают что, несмотря на тенденцию к сокращению доли сплавов на основе железа в общем объеме конструкционных материалов, в обозримом будущем мировое производство стали сохранится на уровне нескольких сотен миллионов тонн. Будут значительно возрастать требования к качеству сталей всех типов. Увеличится доля легированных (нержавеющих) сталей, и, следовательно, обострится проблема рационального использования легирующих элементов. Среди них, прежде всего, следует отметить азот, доступный практически в неограниченных количествах. Применение азота для легирования сталей, безусловно, является одной из первостепенных проблем в материаловедении. Использование азота как легирующего элемента в легированных сталях позволяет не только повысить механические и коррозионные свойства, но и экономить дорогие и дефицитные никель, марганец, молибден и вольфрам. [1]
Для изготовления сталей легированных азотом в спецэлектрометаллургии широко используется метод электрошлакового переплава металлических электродов в водоохлаждаемую изложницу (кристаллизатор). Металлические электроды выплавляются в открытых электродуговых печах. ЭШП характеризуется высокими технико-экономическими показателями процесса. Небольшое удорожание металла компенсируется его весьма высоким качеством, недостижимым для металла обычной выплавки, а также полным устранением брака. К числу достоинств электрошлакового слитка следует отнести химическую, структурную однородность слитка и получаемых из него проката, поковок или штамповок. В отличие от обычного слитка он практически свободен от ликвации даже таких сильноликвирующих элементов, как углерод, сера, фосфор.
Даже в литом виде электрошлаковый металл обладает большей плотностью, чем деформированный открытой выплавки. В процессе ЭШП в стали резко снижается содержание неметаллических включений, в первую очередь серы, кислорода. Для электрошлакового металла характерно весьма равномерное распределение неметаллических и избыточных фаз, например, нитридов, карбонитридов, боридов, интерметаллидов.
Химически и структурно гомогенный электрошлаковый металл значительно лучше сваривается, чем неоднородный по составу и строению металл открытой выплавки. Металл, полученный электрошлаковым переплавом менее склонен к хрупкому разрушению в сравнении с металлом открытой выплавки, изделия, изготовленные из него, значительно долговечнее и надежнее в эксплуатации, чем аналогичные изделия из металла открытой выплавки. [2]
Глава 1. Аустенитные коррозионно-стойкие стали
аустенитный азотсодержащий коррозионный сталь
Аустенит – твердый раствор углерода или азота в γ-Fe. В ГЦК решетке в центре имеется пора диаметром 0,102нм. В этой поре атом углерода может поместиться, вызывая некоторое увеличение размера решетки γ-Fe.
Рис. 1 Твердый раствор внедрения: а- кристаллическая решетка при полном заполнении всех пор; б- кристаллическая решетка аустенита
Кристаллическую структуру аустенита можно себе представить как г.ц.к. решетку, состоящую из атомов железа, в которую внедрены меньшего размера атомы углерода. Если бы все свободные места (поры) в г.ц.к решетке были заняты углеродом, то это состояние характеризовала бы схема, изображенная на рис 1, а. Но так как атом углерода больше размеров поры, то при попадании его в решетку железа последняя искажается, и остальные поры становятся недопустимыми для других атомов углерода. На рис. 1, б показано строение элементарной ячейки аустенита, вкоторой растворен один атом углерода.
Параметр решетки аустенита при комнатной температуре равен 0,286 нм, а безуглеродистого Feγ 0,356 нм. Эта величина условна, так как безуглеродистое γ-железо при комнатной температуре не существует, а величина эта определяется методом экстраполяции.
Параметр решетки, как известно, зависит от температуры и от наличия растворенных атомов. Известен параметр решетки аустенита при комнатной температуре в сталях с содержанием углерода свыше 0,6—0,7 % (рис. 2, а) и параметр решетки чистого γ-железа, но при высоких температурах (рис.2,б).
Рис. 2. Параметр решетки аустенита: а – влияние углерода; б – влияние температуры
Экстраполяция кривых на нулевое содержание углерода (рис. 2, а) или на комнатную температуру (см. рис. 2, б) приводит к значению 0,356 нм.
Аустенит – одна из структурных составляющих железоуглеродистых сплавов, твердый раствор углерода и легирующих элементов в железе. В углеродистых сталях и чугунах аустенит устойчив выше 7230С. В железоуглеродистых сплавах, содержащих Ni, Mn, Cr, аустенит может полностью сохраняться до комнатной температуры.
Аустенитная сталь является наиболее широко распространенным типом нержавеющей стали. Основным преимуществом сталей аустенитного класса являются их высокие служебные характеристики (прочность, пластичность, коррозионная стойкость в большинстве рабочих сред) и хорошая технологичность. Поэтому аустенитные коррозионностойкие стали нашли широкое применение в качестве конструкционного материала в различных отраслях машиностроения. К данному классу относятся, стали 300 серии. [3]
1.1 Способы получения аустенитной структуры
Химический состав сталей должен исключать возможность образования в рабочих условиях δ-феррита, мартенсита и других ферромагнитных фаз. Этому требованию могут удовлетворять аустенитные композиции на основе систем Fe-Mn, Fe-Cr-Mn, Fe-Cr-Ni и Fe-Mn-Ni.
В системе Fe-Mn при содержании Mn до 10% даже после закалки от 11000С образуется α-мартенсит. При дальнейшем увеличении степени легированности стали марганцем количество α-фазы уменьшается, но увеличивается количество немагнитной ε-фазы с гексагональной кристаллической решеткой
Рис. 3. Изменение фазового состава Fe-Mn-сплавов в зависимости от содержания марганца
Дополнительное легирование Fe-Mn сплавов, как правило снижает количество и температуру ε-фазы и повышает стабильность аустенита. Наиболее эффективное влияние на уменьшение количества ε-фазы и снижение температуры γ → ε- превращения оказывает углерод. Влияние углерода на устойчивость аустенита увеличивается с увеличением содержания марганца.
Верхний предел концентрации углерода ограничивают, исходя из необходимости обеспечить хорошую обрабатываемость резанием, прочность, пластичность, вязкость и определенную коррозионную стойкость металла.
В дисперсионно твердеющих сталях с карбидным упрочнением стабильность аустенита может быть повышена в результате обеднения γ-твердого раствора углеродом при выделении в процессе старения карбидных частиц. Повышение стабильности аустенита стареющих марганцевых сталей достигается легированием дополнительными элементами, например Ni.
Ni, как и Mn, образует с γ-железом твердые растворы замещения. Никель очень эффективный аустенитообразующий элемент. Если в Mn-Ni сплаве содержится не менее 10% марганца, то аустенит при охлаждении превращается непосредственно в α-мартенсит и ε-фаза не образуется. Увеличение в таких сплавах концентрации Mn более 10% приводит к γ → ε → α превращению, которое подавляется при содержании никеля не менее 12%. Область существования α-фазы и ε-мартенсита сужается при увеличении концентрации марганца и замыкается при содержании марганца более 28%. Получение полностью аустенитной структуры экономно легированных никелем (не белее 10%) Mn-Ni сталей достигается при содержании марганца более 17%. Однако в сталях с содержанием хрома выше 15-17% (в зависимости от режима термообработки) и 2%Ni нельзя получить однородную аустенитную структуру при содержании Mn более 5% (при 0,1% С), но такая структура неустойчива при процессе длительного старения. Хром используется в промышленности как аустенитостабилизирующий элемент. Стабильный при повышенных температурах аустенит можно сохранить при комнатных температурах только при определенном соотношении хрома и марганца в системе Fe-Cr-Mn.
Рис. 4. Структурная диаграмма нержавеющих сталей
Важнейшим аустенитообразующим элементом является азот. Азот подобно углероду расширяет γ-область и образуя твердые растворы внедрения, упрочняет аустенит, но в противоположность углероду азот не ухудшает коррозионной стойкости сталей. Кроме того, может наступить дополнительно упрочнение за счет выделения избыточных карбонитридных и нитридных фаз, затрудняющих движение дислокаций. Азот расширяет γ-область хромоникелевых сталей, содержащих около 0,12% углерода, в сторону больших концентраций хрома.
