Тема: Изучение структуры легированных сталей.

Задачи работы: изучить микроструктуру легированной стали различных структурных классов, установить связь между их структурой, термообработкой и свойствами.

Теоретические сведения. Многие детали машин работают в условиях высоких скоростей, больших давлений, повышенных температур, аграссивных сред (кислот, щелочей, разъедающих газов и т.п.). Такие условия работы требуют применения материалов высокой прочности и пластичности, износостойкости, жаропрочности и жаростойкости, антикоррозийности. Этими свойствами обладают легированные стали, содержащие, помимо постоянных примесей, один или несколько так называемых легирующих элементов: никель, хром, вольфрам, молибден, ванадий, титан и др.

По содержанию легирующих элементов легированные стали делятся на низко-, средне- и высоколегированные с соответствующим содержанием легирующих элементов до 2,5%, от 2,5 до 10% и более 10%., по назначению- на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами. По структуре в нормализованном состоянии подразделяются на классы: перлитный, ферритный, аустенитный, мартенситный и карбидный.

Стали конструкционные (перлитного класса).

Сталь улучшаемая марки 30ХГСА (0,3% С., 0,8% Сr., 0,8% Мn и 0,9% Si) подвергается закалке от 830-850ºС в масле и высокому отпуску при 600ºС на сорбит с получением высоких значений прочности и пластичности. Применяется для изготовления полуосей, валиков, осей, болтов и др.

Сталь рессорно-пружинная марки 60С2 (0,6% С., 0,9% Мn и 2% Si) работает в условиях знакопеременных нагрузок. Для обеспечения требуемых свойств (сохранения в течение длительного времени высоких упругих значений) она подвергается закалке от 820-840ºС в масле и отпуску при 350-400ºС на троостит.

Сталь шарикоподшипниковая марки ШХ15 (0,95% С., 1,65% Сr и 2% Si) работает в условиях поверхностного износа и высоких контактных напряжений (усталостных). Для обеспечения требуемых свойств она закаливается от 830-850ºС в масле и отпускается при 140-160ºС на мартенсит.

Сталь инструментальная (карбидного класса). Сталь быстрорежущая марки Р18 работает в условиях разогрева режущей кромки до 600ºС. Микроструктура такой стали в литом состоянии состоит из темного сорбидообразного перлита, светлых карбидов и «склетного» вида ледебуритной эвтектики. Последующая ковка или прокатка разрушает эвтектику. Термообработка такой стали, состоит из отжига, закалки и трехкратного отпуска. После отжига структура состоит из темного цвета сорбитообразного перлита, светлых крупных первичных карбидов, выделившихся из жидкости, и более мелких светлых вторичных карбидов, образовавшихся из аустенита. Из-за низкой теплопроводности нагрев быстрорежущей стали Р18 до 850ºС производится медленно, а затем до 1280ºС быстро, во избежание окисления и обезуглероживания.

Закалку стали проводят в масле, после чего получается структура, состоящая из мартенсита (50%), остаточного аустенита (30%) и карбидов (20%). Но под микроскопом мартенсит не виден.

Для устранения остаточного аустенита, имеющего пониженную теплопроводность и твердость и ухудшающего тем самым режущую способность инструмента, закаленную сталь подвергают трехкратному отпуску при 560ºС с часовой выдержкой. После отпуска структура стали состоит из игольчатого мартенсита и светлых карбидов. Количество остаточного аустенита уменьшается до 2%.

Стали с особыми свойствами.

Нержавеющая сталь мартенситного класса марки 30Х13 (0,3% С, 13% Сr) работает в слабоагрессивных средах (водных растворах солей, азотной и некоторых органических кислотах). Закаливается от 1050-1100ºС в масле и отпускается (в зависимости от эксплуатационных условий работы детали) при 200ºС на мартенсит или при 700ºС на сорбит. В низкоотпущенном состоянии сталь применяется для изготовления игл карбюраторов, пружин и др., а в высокоотпущенном- для валов, зубчатых колес, болтов и др.

Нержавеющая сталь аустенитного класса марки 12Х18Н9 (0,12% С., 18% Сr и 9% Ni) работает в средах повышенной агрессивности (муравьиная, уксусная, щавелевая и другие кислоты). Для предотвращения выпадения из твердого раствора стали карбидов хрома, сохранения в ней однофазной структуры и высокоантикоррозийных свойств эта сталь закаливается в воде от 1050-1100ºС. После закалки сталь имеет структуру аустенита с линиями сдвига. Эта сталь применяется для трубопроводов, обшивок, различных емкостей.

Жаропрочная и жаростойкая сталь аустенитного класса марки 45Х14Н14В2М (0,45% С., 14% Сr., 14% Ni., 2% W и 0,4% Мо) работает в условиях высоких температур (до 1000ºС), сохраняет длительное время жаростойкость и жаропрочность без образования заметных остаточных деформаций. После закалки в воде от 1050-1100ºС сталь имеет структуру аустенита, а после закалки и старения при 750ºС структура состоит из аустенита и карбидов. Сталь применяется для изготовления клапанов мощных двигателей, трубопроводов и др.

Порядок выполнения работы:

1.Изучить микроструктуры легированных сталей различных структурных классов.

2.Зарисовать их схемы, указав увеличение микроскопа.

3.Для каждой марки стали указать структурные составляющие, химический состав, термообработку, механические свойства и применение.