Задание № П-16

Для изготовления пружин, работающих в коррозионно-активных средах, широко используются коррозионно-стойкие стали: 30х13,40х13,14х17Н2.

  1. Выберите сталь для пружины, работающей в атмосфере пара при температурах, не превышающих 100 оС. Укажите и обоснуйте режим термической обработки для получения HRCэ 48-50. Постройте график термообработки в координатах температура-время с указанием: критических точек стали, температуры нагрева, времени выдержки, среды охлаждения.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие в стали на всех стадиях термической обработки. Проанализируйте влияние температуры отпуска на изменение структуры и коррозионной стойкости стали.

  3. Приведите основные сведения об этой стали: химический состав по ГОСТу, область применения, требования, предъявляемые к этому виду изделий, механические свойства после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, влияние легирующих элементов, достоинства и недостатки и др. Объясните влияние хрома и углерода на коррозионную стойкость высокохромистых сталей.










Коррозией называют разрушение материалов под влиянием окружающей среды в результате ее химического или электрохимического воздействия (коррозия происходит от латинского слова «corrodere» — разъедать, разрушать).Коррозионно-стойкими называют металлы и сплавы, в которых процесс коррозии развивается с малой скоростью.

Коррозионно-стойкие стали являются высоколегированными и содержат не менее 13% Cr, что обеспечивает образование на поверхности металла пассивирующей защитной пленки.

Сталь 30х13 относится к мартенситному классу коррозионно-стойких сталей.

Стали мартенситного класса отличаются высокой твердостью и прочностью, поэтому их используют для изготовления деталей, которые должны сохранять высокую прочность и твердость при работе в агрессивных средах.


Коррозионные свойства стали 30х13


 Среда

Температура испытания, °С

Длительность испытания, ч

Глубина, мм/год

 Морская вода

 100

 93

 0,01

 63,4 % раствор H2SO4

 15

 24

 2,1

 Пар-воздух

 100

 50

 0,018


Для таких сталей проводят закалку + низкий отпуск, т.к. после низкого отпуска стали имеют максимальное сопротивление коррозии. Закалку проводят с 950-1020 оС в масле. Масло как закалочная среда имеет преимущества: небольшую скорость охлаждения в мартенситном интервале температур; постоянство закаливающей способности в широком интервале температур (20-1500С). К недостаткам следует отнести повышенную воспламеняемость (температура вспышки 165 - 3000С); недостаточную стабильность и низкую охлаждающую способность в области температур перлитного превращения, а так же повышенную стоимость.

Изделия после закалки подвергают низкому отпуску при температурах 200-300 оС на воздухе или в масле.

Закалка – это термообработка, направленная на получение в сплаве максимально неравновесной структуры и соответственно аномального уровня свойств. Любая закалка включает в себя нагрев до заданной температуры, выдержку и последующее быстрое резкое охлаждение. Структура после закалки – перенасыщенный твердый раствор. Имеет высокую прочность, твердость и незначительную пластичность. При закалке могут возникнуть структурные и термические напряжения, которые могут вызвать коробление детали. Уменьшения напряжения можно добиться за счет изменения скорости охлаждения.

Для закаленной и неотпущенной сталей характерны довольно низкие значения временного сопротивления, предела упругости и предела текучести. При отпуске до 3000С эти характеристики прочности возрастают, а при дальнейшем ее повышение монотонно снижаются. Наиболее высокое отношение σ0,2/ σв в конструкционных сталях достигается после отпуска при 300-3500С.

 Отпуск заключается в нагреве закаленной стали до температур ниже Ас1, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью. Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате которой сталь получает требуемые механические свойства. Он частично или полностью устраняет внутренние напряжения, возникающие при закалке. Отпуск имеет важное практическое значение. Именно в процессе отпуска стальные изделия приобретают свойства, определяющие их поведение в эксплуатации. Температура отпуска обусловливается требованиями механических свойств детали.
  Скорость охлаждения после отпуска также оказывает большое влияние на

величину остаточных напряжений(чем медленнее охлаждение, тем меньше остаточные напряжения).Основное влияние на свойства стали оказывает температура отпуска. Низкотемпературный (низкий) отпуск проводят с нагревом до 200-300 оС. При этом снижаются внутренние напряжения, повышается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твердости. Закаленная сталь (0,26-0,35%С) после низкого отпуска сохраняет твердость в пределах HRC 48-50. Мартенсит закалки переходит в мартенсит отпуска.

 Среднетемпературный (средний) отпуск проводится при температурах 350-500°С, структура мартенсита переходит в троостит отпуска. Такой отпуск обеспечивает наиболее высокий предел упругости и несколько повышает вязкость. Такой отпуск применяется для рессор, пружин, а также инструмента, испытывающего ударные нагрузки.
 Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при температуре 500-680°С, структура стали после высоко отпуска – сорбит отпуска. Высокий отпуск создает наилучшие соотношения прочности и вязкости
.

Закалка с высоким отпуском повышает временное сопротивление, предел текучести, относительное сужение и особенно ударную вязкость. Термообработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением.
 Продолжительность отпуска зависит от конкретных изделий. Обычно в течение 1,5 часов напряжения снижаются до минимальной величины, соответствующей данной температуре отпуска. Некоторым изделиям (измерительный инструмент) делают более продолжительный отпуск.


График термической обработки в координатах температура-время


Рассмотрим превращения в закаленной стали при отпуске. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80...200ºС и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита. В результате этого уменьшается удельный объем мартенсита, снижаются остаточные напряжения. Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200...260оС и состоит из следующих этапов:

1) превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;

2) распад отпущенного мартенсита

3) снижение остаточных напряжений;

4) некоторое увеличение объема, связанное с переходом А остМ отп.

Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300...400ºС При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется феррито-карбидная смесь, существенно снижаются остаточные напряжения.

Структуру стали после низкого отпуска (до 250 С) называют отпущенным мартенситом; структуру стали после среднего отпуска 350...500ºС – трооститом отпуска; после высокого отпуска 500...600 ºС – сорбитом отпуска.


Структура закаленной стали – мартенсит и остаточный аустенит – является неравновесными фазами. Переход стали в более устойчивое состояние должно сопровождается распадом мартенсита и остаточного аустенита с образованием структуры, состоящей из феррита и цементита. Распад этих фаз идет по диффузионному механизму, и поэтому скорость процесса в основном обусловлена температурой нагрева. Из указанных фаз при нагреве в первую очередь начинает распадаться мартенсит.
    На первой стадии превращение в кристаллах мартенсита (при температуре ниже 200
oС) образуются карбиды. В связи с этим данный тип распада мартенсита называют двухфазным.
        Вторая стадия распада мартенсита при температуре 200-350
0С сопровождается дальнейшим выделением карбидов и, следовательно, он обедняется углеродом. При низкотемпературном отпуске легированных сталей не происходит диффузионного перераспределения легирующих элементов и поэтому выделяющиеся частицы карбидов имеют такое же среднее содержание легирующих элементов, как и мартенсит.
   При отпуске высокоуглеродистых и легированных сталей, содержащих повышенное количество остаточного аустенита, при температуре 200-300
0С происходит его распад. В результате превращения остаточного аустенита образуются те же фазы, что и при отпуске закаленного мартенсита при той же температуре, но структурное состояние продуктов распада отличается от состояния продуктов, получаемых при превращении мартенсита.
     При температурах 350-400
0С полностью завершается процесс выделения выделение углерода из мартенсита, происходит нарушение когерентности и обособление решеток феррита и карбида, связанное с одновременным протеканием карбидного превращения, в результате которого образуется цементит Fe2C ®Fe3C. Образующуюся после отпуска при 350-4000С структуру обычно называют трооститом отпуска.
    Повышение температуры отпуска до 500
0С и выше в углеродистых сталях не вызывает изменение фазового состава.
    При отпуске (250-400 и 500-550
0С) некоторых легированных сталей снижается ударная вязкость. Такое снижение вязкости получило название отпускной хрупкости.
        Первый вид отпускной хрупкости, называемой необратимой отпускной хрупкостью, или хрупкостью I рода, наблюдается в результате отпуска при 200-400
0С. Он присущ многим сталям. Отличительной особенностью является ее необратимый характер. Повторный отпуск не улучшает вязкости. Она устраняется лишь нагревом до температуры свыше 4000С, снижающим, однако твердость. Последующий нагрев при 250- 4000С не снижает ударную вязкость.
        Второй вид отпускной хрупкости, называемой обратимой отпускной хрупкостью, или хрупкостью II рода, наблюдается в некоторых сталях определенной легированности, если они медленно охлаждаются после отпуска при 500-550
0С. При развитии хрупкости II рода происходит сильное уменьшение ударной вязкости и, что самое главное, повышение порога хладноломкости.
        Существенным признаком данной хрупкости является ее обратимость. Она может быть устранена только повторным отпуском при 600-650
0С с последующим быстрым охлаждением и может быть вызвана вновь дополнительным отпуском определенной длительности при 500-5500С.






Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.