Міністерство освіти і науки України
Донбаський державний технічний університет
Інститут підвищення кваліфікації
КОНТРОЛЬНА РОБОТА
по Металознавству
на тему
В«Леговані стали і вплив легуючих елементів на їх властивості В»
Виконав:
ст. гр. ПМГ-А-08з
Коршунов Г.П.
Алчевськ 2009
1. Загальна характеристика легованих сталей
Близько 10% всієї виплавленої сталі є легованої. Леговані сталі володіють рядом специфічних властивостей: зносостійкість, жароміцність, прокаліваемость в великих перетинах, кислотостійкість.
Елементи, спеціально вводяться в сталь в певних концентраціях з метою зміни її будови та властивостей, називаються легуючими елементами.
В якості легуючих елементів виступають: Cr, Ni, Si, Mn, Mo, W, V, Ti, Mo і т.д.
Слід відрізняти домішки і спеціально ввідні елементи:
Si до 0,2 - 0,4% - в якості домішок (звичайна вуглецева сталь);
Si до 0,9 - 1,0% - легована сталь (Si - вводять спеціально);
V - 0,05 - 0,1% - легована ванадієм сталь;
Ti - 0,1% - легована титаном сталь.
В - 0,002 - 0,003% - легована бором сталь.
Т.ч., легована сталь - Це сталь в яку спеціально вводяться легуючі компоненти.
2. Розподіл легуючих елементів в сталі
У промислових легованих сталях легуючі елементи можуть знаходиться:
1) у вільному стані (Pb, Cu, Ag);
2) у формі інтерметалевих з'єднань з залізом або між собою;
3) у вигляді оксидів, сульфідів та інших неметалічних включень (Al 2 O 3 , TiO 2 , V 2 O 5 , MnS, і т.д.)
4) у вигляді легованого цементу або самостійних спеціальних карбідів;
5) У формі твердого розчину в залозі.
Розглянемо деякі з них:
свинець (Pb), мідь (Cu), срібло (Ag) - практично нерозчинні в залозі, знаходяться у вільному стані.
Можливі оксиди:
Al 2 O 3 , TiO 2 , V 2 O 5 - залежать від методу ведення плавки.
Всі легуючі елементи (Ni, Cr, W, V, Mn, Co і т.д.), за винятком C, N, H і частково В, утворюють тверді розчини заміщення.
C, N, H, B - утворюють тверді розчини впровадження.
3. Вплив легуючих елементів на поліморфні перетворення заліза
Всі легуючі елементи, за винятком C, N, H, В, розчиняючись в залозі, заміщаючи його атоми, впливають на положення критичних точок (А 3 (точка G) і А 4 (точкаN)), що визначають температурну область існування б-і г- заліза.
Т.ч., легуючі елементи поділяються на дві групи:
1-я група - елементи стабілізуючі аустеніт (Г-фазу).
2-я група - елементи стабілізуючі ферит (Б-фазу).
До елементів першої групи відносяться Ni і Mn, які розуміють точку А 3 , і підвищують точку А 4 . В результаті цього на діаграмі Fе - Л.Е. спостерігається розширення області р-фази і звуження області існування б-фази.
Малюнок 1
Розглянемо три сплаву:
І сплав - г-фаза Закристалізований і існує до кімнатної температури, тобто сплав з концентрацією Л.Е. > X 2 не відчуває фазових перетворень (б ↔ г). Такі сплави називають аустенітних.
ІІ сплав - відбувається часткове перетворення г ↔ б. Це аустеніто-ферритні сплави (полуаустенітние).
ІІІ сплав - відбувається повне полиморфное перетворення. Такі сплави називають феритного (повністю утворюється б-фаза).
До елементів І групи належать також Cu, C, N - при невеликому вмісті в сплаві вони розширюють область існування г-фази, а при великому змісті звужують однофазну область г-фази або утворюють хімічну сполуку - Е-фазу (рис. 2).
Cu, C, N - утворюють хімічна сполука - тобто
Малюнок 2.
Елементи другої групи - Cr, W, Mo, V, Si, Al, Ti і ін - знижують точку А 4 і підвищують точку А 3 . (Всі ці легуючі елементи мають ОЦК-решітку, за винятком Al (ГЦК)).
При певній концентрації легуючих елементів критичні точки А 4 і А 3 , а також їх інтервали, зливаються, і область г-фази повністю замикається (Виклінівается) (рис. 3).
Малюнок 3
При вмісті легуючого елемента (Л.Е.)> y 1 %, сплави (типу I) при всіх температурах складаються з твердого розчину Л.Е. в б-залізі. Такі сплави називаються - феритного (наприклад, утворюються при вмісті Cr> 12%).
Сплави типу ІІ - мають часткове перетворення б ↔ г і називаються ферито-аустенітного (полуферрітнимі).
Сплави типу ІІІ - сплави з повним поліморфним перетворенням б ↔ р.
Легуючі елементи надають великий вплив на евтектоїдной концентрацію вуглецю (точка S діаграми Fе - С) і граничну розчинність вуглецю в г-залозі (точка Е).
Легуючі елементи: Ni, Co, Si, W, Mo, Cr, Mn - точки S і Е зрушують вліво в бік меншого вмісту вуглецю, а V, Ti, Nb - навпаки, підвищують концентрацію вуглецю в евтектоід.
Наприклад:
введення 5% Cr зрушує т. S до 0,5% С; т. Е до 1,3% С;
введення 10% Cr зрушує т. S до 0,25 ч0, 3% С; т. Е до 1% С.
Приклад. Швидкорізальна сталь (самокал - загартовується на повітрі). Містить вуглецю 0,7 - 0,8%, W - 9ч18%. Відбувається значне зміщення точок E і S. При такому легуванні і змісті вуглецю в структурі утворюється ледебурит (сталь відноситься до ледебуритного класу).
4. Вплив легуючих елементів на властивості фериту та аустеніту
Легуючі елементи, розчинені в фериті, підвищують його межа міцності, твердість не змінюючи істотно відносного подовження, за винятком Mn і Si (2,5 - 3,0%) - які сильно зміцнюють ферит і знижують відносне подовження (рис. 4).
Малюнок 4. Вплив легуючих елементів на властивості фериту:
а - твердість, б - Ударна в'язкість
З малюнка 4, а:
Ni, Si, Mn - особливо сильно підвищують твердість, а елементи Cr, W, Mo - значно менше підвищують твердість (навіть при великих концентраціях).
З малюнка 4, б:
Ni, Si, Mn - при малих концентраціях (1 - 3%) підвищують ударну в'язкість;
Mo, Si. W - знижують ударну в'язкість при всіх концентраціях.
Малюнок 5. Вплив легуючих елементів на порігхладноломкості заліза
Найбільш цінним легованим елементом, є Ni, тому він підвищує міцність не знижуючи пластичності і ударної в'язкості; знижує порігхладноломкості.
Легуючі елементи, розчиняючись в г-Fе, підвищують міцність аустеніту при нормальній і високих температурах. Для легованого аустеніту характерний низький межа плинності (у т ) при порівняно високій межі міцності (у в ). Аустеніт легко наклепивается, тобто швидко і сильно зміцнюється під дією деформації.
5. Карбідна фаза в легованих сталях
По відношенню до вуглецю легуючі елементи поділяють на дві групи:
1) графітізірующій елементи: Si, Ni, Cu, Al;
2) карбидообразующие елементи:
Fе в†’ Mn в†’ Cr в†’ Mo в†’ W в†’ Nb в†’ V в†’ Zr в†’ Ti - розташовані по зростаючій мірі спорідненості до вуглецю та стійкості карбідних фаз.
Елементи Fe, Mn, Cr, Mo, W - утворюють складні карбіди, які легко розчиняються в аустеніті.
Nb, V, Zr, Ti - утворюють спеціальні карбіди, важко розчинні в аустеніт.
При такому вмісті в стали Mn, Cr, W, Mo, вони розчиняються в цементиті, заміщаючи частина атомів Fе і утворюючи легований цемент: (Fе, М) 3 С, де М - легуючий елемент.
Мn може замістити в решітці цементиту всі атоми Fе: Fе 3 З в†’ Mn 3 C;
Cr - до...
