28.04.2022г

ПРЕДМЕТ: " ОСНОВЫ  МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ"

ГРУППА № 403

Преподаватель: Пархоменко Лариса Ивановна

Темы уроков: "Изучение легированных сталей.", "Виды сварочных материалов."

Изучить материал и составить краткий конспект.

                                           Изучение легированных сталей.

Сталь, в которой кроме железа, углерода и постоянных примесей (Si, Mn, S, P) содержатся легированные элементы, специально введенные для получения требуемой структуры и свойств, называется легированной.

Введенные в сталь элементы, распределяются между фазами в зависимости, прежде всего, от их отношения к углероду. Некарбидообразующие элементы – никель, кремний, алюминий и другие не вступая во взаимодействие с углеродом, находятся преимущественно в твердом растворе Fe-a, образуя легированный феррит. Карбидообразующие элементы – хром, ванадий, молибден, титан и другие – находятся преимущественно в карбидах. Прежде чем приступить к изучению микроструктур, необходимо ознакомиться со структурными составляющими, которые образуются в легированных сталях:

а) легированный феррит – твердый раствор углерода и легирующих элементов в a-Fe (ОЦК решетка). Легированный феррит отличается от обычного тем, что в нем атомы железа частично замещены атомами легирующих элементов. По микроструктуре легированный феррит ничем не отличается от обычного феррита, т.е. представляет собой однородные зерна с ясным очертанием границ. Однако механические свойства легированного феррита могут существенно отличаться от свойств нелегированного феррита;

б) легированный цементит – твердый раствор легирующих элементов в цементите (Fe, Cr)₃С. Легированный цементит более тверд и дисперсен чем нелегированный;

) специальные карбиды – химическое соединение легирующих элементов с углеродом и с частичным замещением атомов элементов железом. При достаточно большом содержании углерода и легирующих элементов в стали могут образовываться специальные карбиды со сложной кристаллической решеткой типа (Cr, Fe)₇C₃; (Cr, Fe)₂₃C₆; (Fe, Mo)₂₃C₆ и другие. Эти карбиды при нагреве достаточно легко растворяются в аустените. Карбиды, имеющие простую кристаллическую решетку, например: W₂C; WC; VC; TiC с трудом растворяются в аустените при высоких температурах. По микроструктуре специальные карбиды, как правило, не отличаются от цементита. Поэтому для выявления состава карбидов применяются специальные реактивы и методы травления;

г) легированный аустенит – твердый раствор углерода и легирующих элементов в g-Fe (ГЦК решетка). Легированный аустенит может существовать в высоколегированных сталях при комнатной температуре. Структурно под микроскопом он представляет собой светлые однородные зерна с видимым очертанием их границ, часто с наличием линий сдвига или двойников.

В настоящей работе изучаются микроструктуры конструкционных, инструментальных легированных сталей и сталей с особыми свойствами с помощью оптического микроскопа МИМ – 7.

Исследуемые стали подвергнуты различным видам термической обработки.

Представителем конструкционных сталей является углеродистая сталь перлитного класса 30ХГСА (~ 0,3% C; ~1% Cr; ~1% Mn; ~1% Si), которая представлена в двух состояниях: после отжига  светлые зерна являются легированным ферритом, а темные – перлит, и после типичной для этой стали термической обработки – улучшения (закалки в масле и последующего высокотемпературного отжига). 

Знакомство с особенностями структур легированных инструментальных сталей ведется на примере быстрорежущей стали Р18 (0,7 – 0,9% С; ~18% W; 4 - 4,5% Cr; 1 – 1,2% V). Эта сталь отличается высокой красностойкостью, т.е. способностью сохранять высокую твердость и режущие свойства при нагреве до температур ~ 600⁰ С и выше. Такое свойство сталь приобретает благодаря сложному легированию карбидообразующими элементами и специальной термической обработке. Структура литой быстрорежущей стали Р18  состоит из перлита (темные поля), ледебурита (участки скелетообразного строения) и карбидов (светлые поля). Наличие в структуре быстрорежущих сталей ледебуритной эвтектики (механическая смесь перлита и карбидов) и карбидов позволяет отнести их к сталям ледебуритного или карбидного класса, так как в их структуре 25% составляют карбиды. Для разрушения хрупкой карбидной эвтектики сталь подвергают 16-ти кратному обжатию и последующему отжигу. После отжига производится изготовление инструмента, который затем подвергается термической обработке. Термическая обработка стали Р18 заключается в закалке от температур 1260 – 1280⁰ С и последующем 3-х кратном отпуске при температуре 560⁰ С. Высокая температура закалки связана с необходимостью наиболее полного растворения карбидов в аустените, в результате чего образуется высоколегированный аустенит, превращающийся затем в легированный мартенсит, устойчивый против распада при последующем нагреве и обеспечивающий таким образом высокую красностойкость стали. Структура закаленной стали состоит из мартенсита, карбидов (~ 17%) и остаточного аустенита . Для превращения остаточного аустенита в мартенсит отпуска производится трехкратный отпуск. Структура стали Р18 после окончательной термической обработки  состоит из мартенсита отпуска (основной серый фон) и карбидов (светлые зерна). Твердость такой структуры – HR_c 65-66

                                    ВИДЫ  СВАРОЧНЫХ  МАТЕРИАЛОВ.

Для сварки используют специальные материалы — они обеспечивают стабильное горение дуги, хорошее качество сварных швов. Виды и назначение материалов для сварки различны.

Основные типы:

• сварочные электроды с различными покрытиями (кислым, смешанным, целлюлозным, рутиловым) и присадочные прутки;
• проволока — активированная. порошковая, сплошная;
• флюсы;
• газы — защитные, горючие;
• керамические подкладки для соединения разных видов швов — всепозиционные, круглые и др.

Изделия делят на группы по типу свариваемых металлов: для соединения элементов из углеродистых сталей, для нержавеющих и низколегированных сталей, а также для меди, чугуна и т.д.

Электроды и проволока

Эти два вида сварочных материалов обеспечивают подачу питания в сварочную зону. Плавящиеся электроды с покрытием, отдельные разновидности проволоки и защитный флюс содержат компоненты, помогающие защитить металл от окисления. Они поддерживают стабильную работу, помогают получить нужный химический состав шва. Присадочный пруток вводится в шов непосредственно при сварке.

Плавящиеся проволоки используют под флюсом, в защитных газах и при электрошлаковой сварке. Технологические стандарты предполагают использование разных типов проволок из стали: легированных, высоколегированных и низкоуглеродистых. Легированная и низкоуглеродистая сталь бывает омедненной и неомедненной.

При выборе той или иной марки нужно учитывать, что от нее будет зависеть химический состав шва. Обычно используют материал, по составу наиболее близкий к обрабатываемому металлу. Он должен соответствовать требованиям ГОСТ — состав указывают на упаковке изделия.

При выборе сварочного материала для сварки обращайте внимание на качество изготовления. Поверхность изделия должна быть гладкой, без следов жира, окалины и ржавчины. Показатель плавления не должен быть ниже, чем у соединяемых материалов.

Стержни и пластины

Электрошлаковая сварка производится с использованием пластин, дуговая — с применением металлических стержней с покрытием на основе электрода. Электроды бывают тонкими, средней толщины и толстыми.

Изделия маркируют буквами в зависимости от типа покрытия:

• А — с кислотными добавками;
• Б — традиционный вариант;
• Ц — с содержанием целлюлозы;
• П — смешанные.

Газы

Для газовой сварки используют горючие газы и газы, поддерживающие горение, в частности:

• кислород;
• водород;
• ацетилен;
• пропанобутановую смесь;
• метилацетилен-алленовую фракцию.

Также применяют защитные газы для обеспечения защиты расплава от воздуха: углекислый газ, гелий, аргон и различные смеси.

Помните о безопасности: сжатый кислород при взаимодействии со смазкой и маслами может воспламениться или вызвать взрыв. Хранить сварочные материалы этого типа нужно со строгим соблюдением норм пожарной безопасности. Ацетилен при ускоренном нагревании до высоких температур также может привести к взрыву — важно строго соблюдать технологию работы.

Прочие изделия

Флюс имеет разное назначение: в процессе сварочных работ благодаря ему можно быстро и эффективно расстворить окислы на металлической поверхности, он образует барьер для доступа кислорода. Кроме того, расплав флюса при сварке может выступать в роли теплообменной среды — облегчать нагревание стыка.

По способу производства флюсы делят на плавленые и неплавленые. Состоят из порошка или пасты, изготовленной на основе борной кислоты или прокаленной буры. Для соединения легированных сталей данный вид сварочного материала не применяют.

Сравнительно недавно в сварке начали использовать керамические подкладки. Они обеспечивают качественный шов и служат для создания обратного валика. Универсальны, применять их можно для всех типов сварки, в любых положениях материалов (например, удобны при изготовлении изогнутых швов).