Содержание
Введение 3
1. Латунь
4
2. Легтрованные стали
6
3. Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали
10
Заключение 13
Список использованной литературы
14
Введение
Металлы находят широкое применение в современной технике благодаря как
химическим, так, в особенности, и физическим их свойствам. Общность
физических свойств металлов (высокая электрическая проводимость,
теплопроводность, ковкость, пластичность) объясняется общностью строения их
кристаллических решеток.
Латуни благодаря своим качествам нашли широкое применение в
машиностроении, химической промышленности, в производстве бытовых товаров.
В конструкционных сталях легирование осуществляется с целью улучшения
механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того меняются
физические, химические, эксплуатационные свойства.
Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование
должно быть строго обоснованно.
1. Латунь
Сплавы меди с цинком с содержанием цинка до 50% носят название латунь.
Латунь "60" содержит, например, 60 весовых частей меди и 40 весовых частей
цинка. Для литья цинка под давлением применяют сплав, содержащий около 94%
цинка, 4% алюминия и 2% меди. Это дешевые сплавы, обладают хорошими
механическими свойствами, легко обрабатываются. Латуни благодаря своим
качествам нашли широкое применение в машиностроении, химической
промышленности, в производстве бытовых товаров. Для придания латуням особых
свойств в них часто добавляют алюминий, никель, кремний, марганец и другие
металлы. Из латуней изготавливают трубы для радиаторов автомашин,
трубопроводы, патронные гильзы, памятные медали, а также части
технологических аппаратов для получения различных веществ.
По химическому составу различают латуни простые и сложные, а по
структуре - однофазные и двухфазные. Простые латуни легируются одним
компонентом: цинком.
Однофазные простые латуни имеют высокую пластичность; она наибольшая у
латуней с 30-32% цинка (латуни Л70 , Л67). Латуни с более низким
содержанием цинка (томпаки и полутомпаки) уступают латуням Л68 и Л70 в
пластичности, но превосходят их в электро- и теплопроводности. Они
поставляются в прокате и поковках.
Двухфазные простые латуни имеют хорошие ковкость (но главным образом
при нагреве) и повышенные литейные свойства и используются не только в
виде проката, но и в отливках. Пластичность их ниже чем у однофазных
латуней, а прочность и износостойкость выше за счет влияния более твердых
частиц второй фазы.
Прочность простых латуней 30-35 кгс/мм^2 при однофазной структуре и 40-
45 кгс/мм^2 при двухфазной. Прочность однофазной латуни может быть
значительно повышена холодной пластической деформацией. Эти латуни имеют
достаточную стойкость в атмосфере воды и пара (при условии снятия
напряжений, создаваемых холодной деформацией).
Когда требуется высокая пластичность, повышенная теплоотводность
применяют латуни с высоким содержанием меди (Л06 и Л90). Латуни Л62,
Л60,Л59 с большим содержанием цинка обладают более высокой прочностью,
лучше обрабатываются резанием, дешевле, но хуже сопротивляются коррозии.
Латунь ЛЦ40С - ?в=215МПа, ?=12%, 70НВ.
2. Легированные стали
Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с
целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами, а
стали – легированными.
Cодержание легируюшихх элементов может изменяться в очень широких
пределах: хром или никель – 1% и более процентов; ванадий, молибден, титан,
ниобий – 0,1… 0,5%; также кремний и марганец – более 1 %. При содержании
легирующих элементов до 0,1 % – микролегирование.
В конструкционных сталях легирование осуществляется с целью улучшения
механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того меняются
физические, химические, эксплуатационные свойства.
Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование
должно быть строго обоснованно.
Достоинства легированных сталей:
1. особенности обнаруживаются в термически обработанном состоянии, поэтому
изготовляются детали, подвергаемые термической обработке;
2. улучшенные легированные стали обнаруживают более высокие показатели
сопротивления пластическим деформациям ;
3. легирующие элементы стабилизируют аустенит, поэтому прокаливаемость
легированных сталей выше;
4. возможно использование более «мягких» охладителей (снижается брак по
закалочным трещинам и короблению), так как тормозится распад аустенита;
5. повышаются запас вязкости и сопротивление хладоломкости, что приводит к
повышению надежности деталей машин.
Недостатки:
1. подвержены обратимой отпускной хрупкости II рода;
2. в высоколегированных сталях после закалки остается аустенит остаточный,
который снижает твердость и сопротивляемость усталости, поэтому требуется
дополнительная обработка;
3. склонны к дендритной ликвации, так как скорость диффузии легирующих
элементов в железе мала. Дендриты обедняются, а границы – междендритный
материал – обогащаются легирующим элементом. Образуется строчечная
структура после ковки и прокатки, неоднородность свойств вдоль и поперек
деформирования, поэтому необходим диффузионный отжиг.
4. склонны к образованию флокенов.
Флокены – светлые пятна в изломе в поперечном сечении – мелкие трещины с
различной ориентацией. Причина их появления – выделение водорода,
растворенного в стали.
При быстром охлаждении от 200o водород остается в стали, выделяясь из
твердого раствора, вызывает большое внутреннее давление, приводящее к
образованию флокенов.
Меры борьбы: уменьшение содержания водорода при выплавке и снижение
скорости охлаждения в интервале флокенообразования.
Легированные конструкционные стали
Легированные стали широко применяют в тракторном и
сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности,
тяжелом и транспортном машиностроении в меньшей степени в станкостроении,
инструментальной и других видах промышленности. Это стали применяют для
тяжело нагруженных металлоконструкций.
Стали, в которых суммарное количество содержание легирующих элементов
не превышает 2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% - к
легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более
45%).
Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные
стали, а в машиностроении - легированные стали.
Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами.
Двухзначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание
углерода в сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают
легирующий элемент. Пример, сталь 12Х2Н4А содержит 0.12% С, 2% Cr, 4% Ni и
относится к высококачественным, на что указыКонструкционные
(машиностроительные) цементируемые (нитроцементуемые) легированные стали
Для изготовления деталей, упрочняемых цементацией, применяют
низкоуглеродистые (0.15-0.25% С) стали. Содержание легирующих элементов в
сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую
прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины.
Хромистые стали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших
изделий простой формы, цементируемых на глубину 1.0-1.5мм. Хромистые стали
по сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными
свойствами при некоторой меньшей пластичности в сердцевине и лучшей
прочности в цементируемом слое., чувствительна к перегреву, прокаливаемость
невелика.
Сталь 20Х - sв=800МПа, s0.2=650МПа, d=11%, y=40%.
Хромованадиевые стали. Легирование хромистой стали ванадием (0.1-0.2%)
улучшает механические свойства (сталь 20ХФ). Кроме того, хромованадиевые
стали менее склонны к перегреву. Используют только для изготовления
сравнительно небольших деталей.
Хромоникелевые стали применяются для крупных деталей ответственного
значения, испытывающих при эксплуатации значительные динамические нагрузки.
Повышенная прочность, пластичность и вязкость сердцевины и цементированного
слоя. Стали малочувствительны к перегреву при длительной цементации и не
склонны к перенасыщению поверхностных слоев углеродом
Сталь 12Х2Н4А - sв=1150МПа, s0.2=950МПа, d=10%, y=50%.
Хромомарганцевые стали применяют во многих случаях вместо дорогих
хромоникелевых. Однако они менее устойчивы к перегреву и имеют меньшую
вязкость по сравнению с хромоникелевыми.
В автомобильной и тракторной промышленности, в станкостроении
применяют стали 18ХГТ и 25ХГТ.
Сталь 25ХГМ - sв=1200МПв, s0.2=1100МПа, d=10%, y=45%.
Хромомарганцевоникелевые стали. Повышение прокаливаемости и прочности
хромомарганцевых сталей достигается дополнительным легированием их никелем.
На ВАЗе широко применяют стали 20ХГНМ, 19ХГН и 14ХГН.
После цементации эти стали имеют высокие механические свойства.
Сталь 15ХГН2ТА - sв=950МПа, s0.2=750МПа, d=11%, y=55%.
Стали, легированные бором. Бор увеличивает прокаливаемость стали,
делает сталь чувствительной к перегреву.
В промышленности для деталей, работающих в условиях износа при трении,
применяют сталь 20ХГР, а также сталь 20ХГНР.
Сталь 20ХГНР - sв=1300МПа, s0.2=1200МПа, d=10%, y=09%.
3. Конструкционные (машиностроительные) улучшаемые легированные стали
Стали имеют высокий предел текучести, малую чувствительность к
концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при многократном
приложении нагрузок, высокий предел выносливости и достаточный запас
вязкости. Кроме того, улучшаемые стали обладают хорошей прокаливаемостью и
малой чувствительностью к отпускной хрупкости.
При полной прокаливаемости сталь имеет лучшие механические свойства,
особенно сопротивление хрупкому разрушению - низкий порог хладноломкости,
высокое значение работы развития трещины КСТ и вязкость разрушения К1с.
Хромистые стали 30Х, 38Х, 40Х и 50Х применяют для средненагруженных
деталей небольших размеров. С увеличением содержания углерода возрастает
прочность, но снижаются пластичность и вязкость. Прокаливаемость хромистых
сталей невелика.
Сталь 30Х - sв=900МПа, s0.2=700МПа, d=12%, y=45%.
Хромомарганцевые стали. Совместное легирование хромом (0.9-1.2%) и
марганцем (0.9-1.2%) позволяет получить стали с достаточно высокой
прочностью и прокаливаемостью (40ХГ). Однако хромомарганцевые стали имеют
пониженную вязкость, повышенный порог хладноломкости (от 20 до -60°С),
склонность к отпускной хрупкости и росту зерна аустенита при нагреве.
Сталь 40ХГТР - sв=1000МПа, s0.2=800МПа, d=11%, y=45%.
Хромокремнемарганцевые стали. Высоким комплексом свойств обладают
хромокремнемарганцевые стали (хромансил). Стали 20ХГС, 25ХГС и 30ХГС
обладают высокой прочностью и хорошей свариваемостью. Стали хромансил
применяют также в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций
(самолетостроение). Стали хромансил склонны к обратимой отпускной хрупкости
и обезуглероживанию при нагреве.
Сталь 30ХГС - sв=1100МПа, s0.2=850МПа, d=10%, y=45%.
Хромоникелевые стали обладают высокой прокаливаемостью, хорошей
прочностью и вязкостью. Они применяются для изготовления крупных изделий
сложной конфигурации, работающих при динамических и вибрационных нагрузках.
Сталь 40ХН - sв=1000МПа, s0.2=800МПа, d=11%, y=45%.
Хромоникелемолибденовые стали. Хромоникелевые стали обладают
склонностью к обратимой отпускной хрупкостью, для устранения которой многие
детали небольших размеров из этих сталей охлаждают после высокого отпуска в
масле, а более крупные детали в воде для устранения этого дефекта стали
дополнительно легируют молибденом (40ХН2МА) или вольфрамом.
Сталь 40ХН2МА - sв=1100МПа, s0.2=950МПа, d=12%, y=50%.
Хромоникелемолибденованадиевые стали обладают высокой прочностью,
пластичностью и вязкостью и низким порогом хладноломкости. Этому
способствует высокое содержание никеля. Недостатками сталей являются
трудность их обработки резанием и большая склонность к образованию
флокенов. Стали применяют для изготовления наиболее ответственных деталей
турбин и компрессорных машин.
Сталь 38ХН3МФА - sв=1200МПа, s0.2=1100МПа, d=12%, y=50%.
Заключение
Все металлы и сплавы, применяемые в настоящее время в технике, можно
разделить на две основные группы. К первой из них относят черные металлы -
железо и все его сплавы, в которых оно составляет основную часть. Этими
сплавами являются чугуны и стали. Ко второй группе относят цветные металлы
и их сплавы. Они получили такое название потому, что имеют различную
окраску.
Однако более широкое применение имеют сплавы металлов. К сплавам
относятся системы, состоящие из двух или нескольких металлов, а также из
металлов и неметаллов, обладающие свойствами, присущими металлическому
состоянию.
Сплавы чаще всего обладают более ценными свойствами, чем чистые
металлы. Большое значение имеют различные виды сталей (с глав железа с
углеродом): используя легирующие элементы (хром, никель, ванадий, молибден,
вольфрам, титан, марганец и др.), можно получать сплавы с заданными
свойствами.
Список использованной литературы.
1. Матюнин В.М. Карпман М.Г., Фетисов Г.П. Материаловедение и технология
металлов - Высшая школа Год: 2002
2. Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов - Высшая школа,
2000
3. Ю.М.Лахтин, В.П.Леонтьева «Материаловедение» «Технология металлов и
материаловедение» под редакцией к.т.н. Л.Ф.Усовой.
4. Гуляев А.П. Металловедение.
5. Лахтин Ю.М. Материаловедение.