Легирование металлов Плетнев Михаил Андреевич Основные определения

Легирование металлов Плетнев Михаил Андреевич

Основные определения К высоколегированным сталям условно отнесены сплавы, массовая доля железа в которых более 45 %, а суммарная массовая доля, легирующих элементов не менее 10 %, считая по верхнему пределу, при массовой, доле одного из элементов не менее 8 % по нижнему пределу. К сплавам на железоникелевой основе отнесены сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома и других легирующих элементов в железоникелевой основе (сумма никеля и железа более 65 % приблизительном отношении никеля к железу 1: 1, 5). 2

Классификация по основным свойствам I - коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой), межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др. ; II - жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550 °С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии; III - жаропрочные стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью. 3

Классификация по структуре - мартенситный стали с основной структурой мартенсита; мартенситно-ферритный стали, содержащие в структуре кроме мартенсита, не менее 10 % феррита; ферритный стали, имеющие структуру феррита, (без α→γ превращений); аустенито-мартенситный стали, имеющие структуру аустенита и мартенсита, количество которых можно изменять в широких пределах; аустенито-ферритный стали, имеющие структуру аустенита и феррита (феррит более 10 %); аустенитный стали, имеющие структуру аустенита 4

Температурный полиморфизм железа 5

Фазы в системе железо углерод Ф е р р и т (от лат. Ferrum железо) – твердый раствор внедрения углерода в a железе, имеющем ОЦК-решетку. В ОЦК решетке имеются свободные места (так называемые поры) размерами 0, 062 нм. В работах исследователей предполагается, что меньшая часть атомов углерода в кристаллической решетке Fea находится в порах, а большая – на дефектах решетки (вакансиях, дислокациях). При комнатной температуре феррит содержит 0, 006 % углерода. При t = 911… 768 °С феррит парамагнитен, а от 768 °С до абсолютного нуля – ферромагнитен. Мартенсит – пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в феррите (a железе) А у с т е н и т – твердый раствор углерода и других элементов в g же е е, имеющего ГЦК-решетку. Эта решетка в центре имеет пору л з диаметром 0, 102 нм, в которой атом углерода с несколько большим размером (0, 154 нм) может поместиться, вызывая увеличение параметров g ре етки. Аустенит немагнитен, обладает по ш сравнению с ферритом меньшим удельным объемом, пластичен (d = 40… 50 %), имеет твердость НВ 160… 200. Ц е м е н т и т – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа Fe 3 C), содержит углерода 6, 67 %, плотность 7, 82 г/см 3. 6

Диаграмма состояния железо цементит 7

Конструкционные стали: классификация 8

Легированные конструкционные стали Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь изготовляется согласно ГОСТ 4543 -71. Легированная сталь — сталь, в которую в процессе легирования в определенных количествах вводят специальные элементы, обеспечивающие требуемые свойства. Такие элементы называют легирующими. Они могут повышать прочность и коррозионную стойкость стали и снижать опасность ее хрупкого разрушения. Для легирования стали используются следующие химические элементы: марганец (Mn) — Г; кремний (Si) — С; хром (Cr) — Х; никель (Ni) — Н; медь (Cu) — Д; азот (N) — А; ванадий (V) — Ф; ниобий (Nb) — Б; вольфрам (W) — В; селен (Se) — Е; кобальт (Co) — К; бериллий (Be) — Л; молибден (Mo) — М; бор (B) — Р; титан (Ti) — Т; алюминий (Al) — Ю. 9

Хромистые коррозионностойкие стали Марка ГОСТ 5632 72 12 X 13 40 X 13 12 X 17 08 Х 17 Т 12 Х 18 Н 9 Т 04 Х 18 Н 10 10 Х 14 Г 14 Н 3 09 Х 15 Н 8 Ю 08 X 21 Н 6 М 2 Т Класс Мартенситно ферритный Мартенситный Ферритный То же Аустенитный Аустенитно мартенситный Аустенитно ферритный С Элементы Сr Ni Прочие элементы 0, 09… 0, 15 12… 14 — — 0, 36… 0, 45 ≤ 0, 12 ≤ 0, 08 ≤ 0, 12 ≤ 0, 04 0, 09… 0, 14 12… 14 16… 18 17… 19 12, 5… 14 — — 5, 0 — 0, 8 Тi 8… 10 8… 9, 5 9… 11 2, 8… 3, 5 — 5, 0… 0. 8 Тi — 13… 15, 5 Мn ≤ 0, 09 14… 16 7… 9, 4 0, 7… 1, 3 Аl ≤ 0, 08 20… 22 5, 5… 6, 5 1, 8… 2, 5 Мо 0, 2… 0, 4 Тi Хромистые стали более дешевые, однако хромоникелевые обладают большей корро зионной тойкостью. Содержание хрома в нержавеющей с стали должно быть не менее 12 % (см. табл. ). При меньшем количестве хрома сталь не способна сопротивляться коррозии, так как ее электродный потенциал становится отрицатель ным. 10

Алюминий и его сплавы Марки алюминия (ГОСТ 11069 74): А 999, А 995, А 99, А 97, А 95, А 8, А 7, А 6, А 5, АО, А и АЕ. Сплавы алюминия: 1) технический алюминий А 85 АЕ; 2) Алюминий марганец АМЦ; 3) Алюминий магний (обозначаются буквами АМг (с цифрой, указывающей процент содержания магния. Если цифры нет, то магния в сплаве меньше 2, 5 %; 4) Типа "авиаль" с магнием и кремнием: АД 31, АДЗЗ, АД 35 и А 8 (в последний входит немного меди); 5) С медью и магнием типа дюралюминий, обозначаемые буквой Д с цифрой, указывающей номер сплава, например Д 1, Д 16; 6) высокопрочные алюминиевые сплавы, в которые, кроме алюминия, входят еще три компонента: цинк, магний и в большинстве случаев медь; обозначается буквой В с цифрой, например В 92 (без меди); В 95; 11

Медь и ее сплавы Латунь – сплав меди с цинком Сплав Марка Состав сплава, % Примеси, не более Л 70 69 72 0, 2 Л 68 67 70 0, 3 Л 63 62 65 0, 5 Л 60 Латунь Медь 59 62 1, 0 Оловянные бронзы применяются в химической промышленности и в качестве антифрикционных материалов благодаря высоким антикоррозийным и антифрикционным свойствам. Легирующие элементы оловянных бронз – олово (О), фосфор (Ф), цинк (Ц), никель (Н). Цинк, входящий в состав оловянных бронз в количестве до 10%, служит для того, чтобы стоимость бронз стала меньше. Фосфор и свинец способствуют повышению антифрикционных свойств бронзы и улучшают их обрабатываемость резанием. Деформированные бронзы Бр. ОФ 6, 5 0, 4; Бр. ОЦ 4 3; Бр. ОЦС 4 4 2, 5 – используются в качестве пружин, антифрикционных деталей, мембран. Литейные бронзы Бр. О 3 Ц 12 С 5, Бр. О 4 Ц 4 С 17 – используются в антифрикционных деталях, арматуре общего назначения. 12

Рациональное конструирование 1. Гладкие или закругленные формы 2. Предупреждение образования остатков жидкости 13

Рациональное конструирование 3. Предупреждение завихрений в жидкости 4. Предупреждение образования застойных зон, в том числе «канавочной» коррозии 5. Возможность беспрепятственного удаления жидкости или осадка Конструкции аппаратов с нижним сливом жидкости: а – неудачная б – улучшенный вариант В – оптимальный вариант 14