Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике Глава XVI. КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ1. Механические свойства стали, влияние структуры и легирующих элементовСталь, применяемая для изготовления деталей машин, строительных конструкций и других сооружений, должна обладать высоким комплексом механических свойств, а не высоким значением какого-либо одного свойства. Материал, идущий на изготовление деталей, подвергающихся большим нагрузкам, должен хорошо сопротивляться таким нагрузкам и наряду с высокой прочностью обладать вязкостью, чтобы сопротивляться динамическим и ударным воздействиям. Другими словами, материал должен обладать прочностью и надежностью. В деталях, испытывающих знакопеременные нагрузки, металл должен обладать высоким сопротивлением усталости, а трущиеся детали — сопротивлением износу. Во многих случаях требуется хорошее сопротивление коррозии, ползучести и другим постоянным воздействиям. Это значит, что детали должны быть долговечными. Таким образом, детали машин должны быть изготовлены из прочного, надежного и долговечного материала. Из всех известных в технике материалов лучшее сочетание прочности, надежности и долговечности имеет сталь, поэтому сталь является основным материалом для изготовления ответственных изделий, подвергающихся большим нагрузкам. Механические свойства стали зависят от ее структуры и состава. Совместное воздействие термической обработки и легирования является эффективным способом повышения механических характеристик стали. На механические характеристики стали влияют изменение содержания углерода, легирование, диспергирование структурных составляющих, измельчение зерна, наклеп. Упрочнение обычно ведет к уменьшению вязкости и пластичности. Напомним, что: Износостойкость, коррозионная стойкость, выносливость (усталостная прочность), жаропрочность и некоторые другие показатели характеризуют долговечность. Сталь превосходит другие сплавы по прочности, уступая по некоторым, обычно менее существенным, свойствам как плотность, коррозионная стойкость, коэффициент линейного расширения, демпфирующая способность; поэтому в подавляющем числе случаев она является основным конструкционным материалом. При разработке составов конструкционных сталей и режимом их термической обработки нужно рассматривать в первую очередь такие способы, при которых пластические и вязкие свойства уменьшаются в минимальной степени. Простое увеличение углерода при феррито-перлитной структуре (нормализованное состояние) приводит к повышению прочности и порога хладноломкости. Максимальная прочность при такой структуре соответствует содержанию углерода примерно Таким образом, мы можем заключить, что предельное содержание углерода в термически не упрочненной стали с ферритоперлитной структурой составляет Если предъявить требования свариваемости, то содержание углерода должно быть снижено до Получение дисперсных структур в результате переохлаждения аустенита ведет к непрерывному повышению твердости и прочности; максимальную твердость (прочность) имеет мартенситная структура. При Двойная обработка, при которой окончательная структура формируется не из аустенита, а из мартенсита, т. е. применение закалки с последующим отпуском позволяет широко изменять прочностные свойства от максимальных, соответствующих закаленному состоянию, до минимальных, соответствующих отожженному, и важно, что при этом пластические и вязкие свойства оказываются более высокие, чем при одинарной обработке (продукты распада аустенита). Это наглядно видно из табл. 30. Например, если обрабатывать сталь для получения предела прочности Это является результатом разного положения порога хладноломкости и меньшего содержания волокна в изломе (для закаленной стали и отпущенной Повышение при этом качества стали (отмечаем — качества, а не прочности) в результате двойной термической обработки — закалки и высокого отпуска — заставляет считать правильным название этого вида термической операции — улучшением (точнее термическим улучшением). Тем не менее возможности термического улучшения далеко не безграничны. Таблица 30. (см. скан) Механические свойства стали Повышение прочности, за счет снижения температуры отпуска ведет к повышению порога хладноломкости и, следовательно, уменьшение доли волокна в изломе и уменьшение работы распространения трещины. И все же прочность после высокого отпуска, равная на Впрочем считается, что уровень Реальный путь повышения надежности стали при высокой прочности — это сочетание ее мелкозернистости, № 10—12 зерна (применение
Рис. 287. Зависимость работы распространения трещины (при нормальной температуре) от прочности стали: 1 — обычной чистоты; 2 — высокочнстой, мелкозернистой шихты и вакуумирования). В этом случае при
Рис. 288. Структура стали Отсюда следует, что высокий комплекс механических свойств свойствен продуктам отпуска мартенсита (или бейнита, поскольку нет, как указано выше, принципиальных различий между бейнитным и изотермическим мартенситным превращением); поэтому необходимо при закалке добиваться сквозной прокаливаемости. Здесь важно, чтобы при закалке образовался не верхний, а нижний бейнит (см. рис. 217), так как после отпуска карбидная фаза из нижнего бейнита как и из мартенсита выделяется в виде дисперсных частиц (рис. 288, а, б), тогда как при исходной структуре верхнего бейнита карбиды при отпуске приобретают пластинчатую форму (рис. 288, в) и свойства оказываются невысокие. Влияние легирующих элементов двояко: с одной стороны, они углубляют прокаливаемость и тем самым снижают порог хладноломкости, с другой стороны, они, растворяясь в феррите, повышают порог хладноломкости. Поэтому легировать конструкционные стали надо в меру, когда превалирует первый фактор, но когда достигнута сквозная прокаливаемость, тогда первый фактор перестает действовать и такое избыточное легирование становится вредным (краткое изложение теории предельного легирования). Исключение составляет никель, который понижает порог хладноломкости, хотя при полностью вязком разрушении, т. е. выше порога хладноломкости
|
1 |
Оглавление
|