9. Машиностроительные стали специального назначения.

Специальное назначение конструкционных сталей и сплавов определяется требованием к конкретному комплексу механических, физических, физико-химических и технологических свойств, необходимому для эксплуатации изделий в строго определенных условиях, например, при очень высоких напряжениях, низких или повышенных температурах, динамических или гидроабразивных нагрузках, для специального назначения в приборах и аппаратах электро- и радиотехнической промышленности.

Классификация машиностроительных сталей и сплавов по основному потребительскому свойству имеет следующие группы: особо высокой прочности и вязкости, коррозионностойкие, износостойкие, пружинные, автоматные, шарикоподшипниковые и литейные.

Стали особо высокой прочности и вязкости (мартенситно-стареюгцие) по химиче­скому составу являются безуглеродистыми (менее 0,03% С) и высоколегированными.

Коррозионностойкие стали, в том числе высоколегированные, обладают достаточной стойкостью против коррозии только в ограниченном числе сред. Они обязательно имеют в своем составе более 12,5%Сг, роль которого состоит в образовании на поверхности изделия защитной (пассивной) оксидной пленки, прерывающей контакт с агрессивной средой.

Износостойкие стали по химическому составу могут быть высокоуглеродистыми (1,1...1,3% С) или малоуглеродистыми и высоколегированными (Si, Mn, Cr, Ni и др.). Основное потребительское свойство этих сталей - высокая стойкость деталей при кавитационной коррозии и механическом изнашивании при значительных ударных нагрузках.

Пружинные стали и сплавы - среднеуглеродистые (0,60...0,80% С), низколегированные стали, обладающие высокими механическими свойствами, в первую очередь, высокими пределами упругости и прочности, а также повышенной релаксационной стойкостью при достаточной вязкости и пластичности. Для получения этих свойств стали должны содержать более 0,5% С и быть способными к термической обработке - закалке и отпуску.

Автоматные стали содержат 0,08...0,45% углерода и повышенное содержание серы (0,05...0,3%), фосфора (0,05...0,16%) и часто марганца

(0,6...1,55%). Срок службы режущего инструмента при обработке автоматных сталей увеличивается. Автоматные стали получили свое наименование в связи с их обработкой на станках-автоматах с повышенной скоростью резания.

Шарикоподшипниковые стали по химическому составу должны быть высокоуглеродистыми (0,95...1,05% С), низколегированными (Cr, Si, Mn и др.). Основными потребительскими свойствами этих сталей являются повышенные твердость (61...65 HRC), износостойкость и сопротивление контактной усталости.

Литейные стали содержат до 0,9% Mn, до 0,52% Si и не более 0,06% S и 0,08% Р. Литейные свойства сталей значительно хуже, чем чугунов и большинства литейных цветных сплавов. Трудности при литье создают высокая температура плавления, низкая жидкотекучесть, большая литейная усадка (до 2,3%) и склонность к образованию горячих литейных трещин. Низкоуглеродистые литейные стали применяют для изготовления деталей, подвергающихся ударным нагрузкам; арматуры; деталей сварно-литых конструкций. Среднеуглеродистые литейные стали применяют для отливки станин и валков прокатных станов, крупных шестерен, зубчатых колес.

10. Анализ диаграммы сплавов Fe-Fe₃c.

На диаграмме состояния железо-цементит Fe - Fe3С приведен фазовый состав и структура сплавов с концентрацией углерода от чистого Fe (0% С) до цементита Fe3C (6,67% С). В интервале концентраций 0 - 2,14% С находятся стали; 2,14 - 6,67% С - чугуны. Линии диаграммы фиксируют начало и конец того или иного превращения. Каждая область включает одну или две фазы, которые образуют структурные составляющие. Любая точка диаграммы показывает химический состав, температуру, фазовый состав и структуру сплава. В системе железо - цементит присутствуют фазы: жидкая и твердая (феррит, аустенит и цементит).

Феррит (Ф) - твердый раствор внедрения углерода в Fе-альфа с предельной растворимостью 0,02% С (точка Р). Феррит мягкий, пластичный с недостаточно прочной структурой.

Аустенит (А) - твердый раствор внедрения углерода в Fе-гама; занимает область АЕSG; имеет предельную растворимость углерода 2,14% (точка Е). Аустенит немагнитен; обладает высокой пластичностью и низкой прочностью. Цементит (Ц) - это химическое соединение Fе3С - карбид железа. В цементите содержится 6,67% С, ему отвечает ордината DFKL. Цементит обладает очень низкой пластичностью и высокой твердостью до НV 1000.

Области жидкой фазы, феррита и аустенита однофазные, остальные - двухфазные. Структурное состояние сплавов может быть более сложным, чем фазовое. Так, в стали с содержанием углерода 0,8% (точка S) при температуре 727°С образуется эвтектоидная смесь феррита и цементита – перлит (П). Соответственно, сталь с содержанием углерода 0,8% - эвтектоидная и имеет структуру перлита; стали с содержанием С < 0,8% - доэвтектоидные со структурой перлита и феррита; стали с содержанием углерода от 0,8% до 2,14% - заэвтектоидные со структурой П + Ц.

Чугун с содержанием углерода 4,3% (точка С) кристаллизуется при 1147°С с образованием эвтектической смеси ледебурит (Л). Ледебурит в интервале температур 1147 - 727°С состоит из А + Ц(Л = А + Ц); при 727°С аустенит превращается в перлит; ниже 727°С ледебурит - это смесь П + Ц (Л = П + Ц). Превращение аустенита (727°С) в перлит названо эвтектоидной реакцией. Чугун с содержанием С = 4,3% - эвтектический, имеет структуру ледебурита; с содержанием углерода от 2,14% до 4,3% - доэвтектический, имеет в