Задание № 1
Для заданной марки стали указать состав и определить, к какой группе относиться данная сталь по назначению. Объяснить влияние легирующих компонентов на свойства стали. Назначить режим термообработки. Привести примеры применения данной стали в технике.
Марка стали 09Х14Н18В2БР
Марка: 09Х14Н18В2БР (другое обозначение Х14Н18В2БР, ЭИ695Р, 09Х14Н19В2БР)
Класс: Сталь жаропрочная высоколегированная.
Применение сплава 09Х14Н18В2БР
Сплав 09Х14Н18В2БР применяется для изготовления листового проката, труб пароперегревателей и трубопроводов установок сверхвысокого давления с длительным сроком службы (роторы, диски, лопатки турбин) при температурах до +700 °С.
Примечание Сталь жаропрочная аустенитного класса.
Рекомендуемая максимальная температура эксплуатации в течение весьма длительного времени +700 °C.
Температура начала интенсивного окалинообразования в воздушной среде +850 °C.
Плотность 8100 кг/м3
Модуль упругости E=207000 МПа
Химический состав сплава
Массовая доля элементов в стали 09Х14Н18В2БР, %, по ГОСТ 5632-72
| С | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | Cu | Nb | W | Ce | B |
| 0,07-0,12 | 0,60 | 2,0 | ≤0,02 | 0,035 | 13,0-15,0 | 18,0-20,0 | ≤0,3 | 0,9-1,3 | 2,0-2,8 | ≤0,020 | ≤0,002 |
Механические свойства при Т=20oС стали 09Х14Н18В2БР
| сортамент | размер | Напр. | SB | ST | d5 | y | KCU |
| - | мм | - | МПа | МПа | % | % | КДж/м2 |
| пруток | Прод. | ||||||
| заготовка трубная | - | - |
Обозначения:
sв - Предел кратковременной прочности, [МПа]
sT - Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5 - Относительное удлинение при разрыве, [%]
y - Относительное сужение, [%]
KCU - Ударная вязкость, [кДж / м2]
Технологические параметры 09Х14Н18В2БР
Свариваемость
Трудносвариваемая сталь. В случае сварки электродами типа Э-08Х19Н10Г2МБ (марок ЭА 898/21 Б и др.) для снятия остаточных напряжений в сварных сборках: а) работающих при температуре 350 °С и выше; б) работающих при температуре не выше 350 °С, если проведение закалки нецелесообразно применяют стабилизирующий отжиг при 850-920 °С (выдержка после прогрева садки не менее 2 ч). Для повышения общей коррозионной стойкости и снятия остаточных напряжений в сварных сборках применяется закалка сварных сборок на воздухе с 1140-1160 °C.
Сталь выплавляется в открытых дуговых или индукционных электропечах;
Температура деформации: начало 1130, конец выше 9000С;
Рекомендуемые режимы термической обработки:
нагрев до 1100 - 1150 С0, выдержка 2 часа, охлаждение на воздухе;
старение при 750 С0 в течение 16 часов, охлаждение на воздухе
Легирующие элементы и их влияние на свойства стали
Легированными сталями называют стали, в которые для получения требуемых свойств специально вводят легирующие элементы, улучшающие ее механические, физические и химические свойства.
Условные обозначения химических элементов:
хром (Cr) — Х
никель (Ni) — Н
молибден (Mo) — М
титан (Ti) — Т
медь (Cu) — Д
ванадий (V) — Ф
вольфрам (W) — В
азот (N) — А
алюминий(Аl) — Ю
бериллий (Be) — Л
бор (B) — Р
висмут (Вi) — Ви
галли иридий (Ir) И
кадмий (Cd) — Кд
кобальт (Co) — К
кремний (Si) — C
магний (Mg) — Ш
марганец (Mn) — Г й (Ga) — Гл
свинец (Pb) — АС
ниобий (Nb) — Б
селен (Se) — Е
углерод (C) — У
фосфор (P) — П
цирконий (Zr) — Ц
Хром повышает жаростойкость и коррозионную стойкость стали, увеличивает ее электрическое сопротивление и уменьшает коэффициент линейного расширения, повышает ее прокаливаемость.
Никель увеличивает пластичность и вязкость стали, снижает температуру порога хладоломкости и уменьшает чувствительность стали к концентраторам напряжений, повышает прокаливаемость. В результате повышается сопротивление стали хрупкому разрушению. Так, при введении 1 % никеля снижается порог хладоломкости стали на 60—80 °С, а при введении 3 % никеля обеспечивается ее глубокая прокаливаемость.
Марганец, подобно хрому и никелю, увеличивает прокаливаемость стали, но кроме этого уменьшает и вязкость феррита. Марганец используют для частичного заменения никеля с целью получения необходимого сочетания механических свойств стали и ее стоимости, с учетом меньшей стоимости марганца.
Кремний широко используют при выплавке стали как раскислитель. Легирование кремнием углеродистых и хромистых сталей увеличивает их жаростойкость. Так, сталь, в состав которой входит 5 % хрома и 1 % кремния, в среде печных газов по жаростойкости аналогична стали с 12 % хрома. Содержание кремния в стали ограничивают, так как он повышает склонность к тепловой хрупкости.
Вольфрам, молибден, ванадий, титан, бор и другие химические элементы вводят в сталь вместе с хромом, никелем и марганцем для дополнительного улучшения ее свойств
Молибден и вольфрам повышают прокаливаемость стали (особенно в присутствии никеля), способствуют измельчению зерна и подавлению отпускной хрупкости. Легирование стали молибденом приводит к значительному улучшению ее механических свойств после цементации.
При введении в сталь ванадия, титана, ниобия и циркония образуются труднорастворимые в аустените карбиды, что вызывает измельчение зерна, снижение порога хладноломкости, уменьшение чувствительности стали к концентраторам напряжений. Однако этот эффект проявляется лишь при малом содержании этих легирующих химических элементов в стали (до 0,15 %). При большем количестве они вызывают снижение прокаливаемости и сопротивления стали хрупкому разрушению.
Положительное влияние бора на повышение прокаливаемости и прочности стали проявляется лишь при микролегировании бором (0,001—0,005 %). При повышенном содержании бора сталь становится хрупкой.
Все легирующие элементы уменьшают рост зерна аустенита. Исключение составляют марганец и бор, которые способствуют росту зерна. Остальные химические элементы, измельчающие зерно, оказывают различное влияние. Так, никель, кобальт, кремний, медь относительно слабо влияют на рост зерна; хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан сильно измельчают зерно (элементы перечислены в порядке роста силы их действия).
При отпуске стали легирующие химические элементы замедляют процесс распада мартенсита.
Задание № 2
Описать состав, свойства и область применения неметаллических материалов.
Керамика
Керамика - изделия и материалы, получаемые обычно спеканием глин и их смесей с минеральными добавками, а также оксидов и других неорганических соединений.
Состав керамики
В состав масс всех типов керамики входят пластичные глинистые вещества (глина, каолин), отощающие материалы (кварц, кварцевый песок), плавни (полевой шпат, пегматит, перлит, костяная зола и др.) При обжиге отформованных изделий в результате сложных физико-химических превращений и взаимодействий компонентов масс и глазурей, формируется их структура.
Структура керамики
Керамика как поликристаллическое твердое тело состоит в общем случае из трех основных фаз:
• кристаллическая, состоящая из зерен,
• стекловидная (аморфная) – в виде прослоек, располагающихся между зернами,
• газовая – в виде пор между зернами, окруженными прослойками аморфной фазы.
Основное различие керамических материалов заключается в различном составе и соотношении между собой трех фаз, определяющих свойства керамических изделий. Структура, т.е. строение керамического тела, зависит от состава сырья и технологии данного материала.
Основные виды керамических материалов: фарфор, фаянс, тонкокаменные изделия, майолика, терракота, гончарная керамика, шамотная керамика.
Твердый фарфор (классический состав) массы включает 50 % глинистых веществ (в основном каолина), 25 % полевого шпата, 25 % кварца. Мягкий полевошпатовый фарфор содержит меньше (на 5—8%) глинистых компонентов и соответственно больше вводимого полевого шпата. Мягкий костяной фарфор имеет в массе вместо полевого шпата 43—50% костяной муки. Глазурь для фарфора во всех случаях тугоплавкая, полевошпатовая.
Фаянс характеризуется большим содержанием глинистых веществ (50—55 %) и кварца (40—50 %) и невысоким содержанием (5—10 %) полевого шпата. В качестве глинистых веществ в фаянсовых массах применяют не каолин, а беложгущуюся глину.
Фаянсовая глазурь в отличие от фарфоровой содержит оксиды типа К20, N20 или другие компоненты, повышающие её легкоплавкость.
Полуфарфор по составу близок к фарфоровым массам, отличается от них уменьшенным содержанием (9—10 %) полевого шпата.
Майолика имеет более специфичные составы. Полевой шпат здесь не применяется. Для масс характерно высокое содержание (до 63—68 %) легкоплавких глин, 15—20 % мела, 5—17% кварцевого песка, кварцевых отходов и подобных материалов.
Свойства керамики
Достоинствами керамики являются:
- высокая твердость и износостойкость;
- высокие рабочие температуры (до 3500 °С);
- высокая коррозионная стойкость в различных средах;
- низкая тепло- и электропроводимость: керамические материалы – диэлектрики и теплоизоляторы;
- малая плотность, легкие материалы.
Основной недостаток керамики:
- высокая хрупкость. Ударная вязкость керамики примерно в 40 раз меньше, чем у металлов. Это ограничивает ее применение в технике. Керамика имеет низкую прочность при растяжении и изгибе. Пластически не деформируется.
Область применение керамики
В настоящее время керамика применяется как материал в промышленности (машиностроение, приборостроение, авиационная промышленность и др.), строительстве, искусстве, широко используется в медицине, науке. В XX столетии были созданы новые керамические материалы для использования в полупроводниковой индустрии и др. областях.
Задание № 3
Описать способы получения заготовок для изготовления деталей.
Горячая объемная штамповка