Теория

Субструктура сплавов и вопросы прочности

Эффективность фазового наклепа, как и других видов упрочнения сплавов (закалка на мартенсит, холодная пластическая деформация), определяется не только степенью искажения кристаллической решетки (статическими смещениями), но и совершенством строения отдельных кристаллитов (зерен), составляющих структуру любого поликристаллического сплава, и в том числе железа и стали.

Легирующие элементы и свойства растворов

Образуя твердые растворы, легирующие элементы, а также примеси, существенно влияют на степень совершенства кристаллической решетки растворителя (в стали — железа). Это влияние сказывается тем сильнее, чем больше различие в величине их атомных радиусов. Согласно закону Вегерда, параметр решетки первичных твердых растворов изменяется почти линейно с увеличением атомной концентрации растворенного элемента.

Легирующие элементы и физическая природа фаз в сплавах

Легирующие элементы образуют с железом и другими элементами, в нем присутствующими, а также друг с другом различного рода фазы (под фазой понимается часть системы, однородная по своему химическому составу и строению, четко отделяющаяся от других фаз поверхностями раздела): твердые растворы и химические соединения. Свойства этих фаз и характер их распределения в структуре в значительной мере и предопределяет свойства стали. Условия образования твердых растворов, их тип (замещения или внедрения) и пределы растворимости определяются степенью соответствия валентности и атомно-кристаллической решетки легирующего элемента степени валентности и атомно-кристаллической решетки железа.

Основные положения теории легирования в связи с проблемой прочности

Легирование стали применяется для повышения ее механических, физических или химических свойств, а также для придания стали определенных технологических свойств. Легированные стали могут применяться как в состоянии непосредственно после прокатки (многие марки строительной стали повышенной прочности), так и после различных видов се обработки: горячей механической, чисто механической, термической, физической (иначе — упрочняющей) и гальванической.
Из 102 элементов таблицы Менделеева в черной металлургии в качестве легирующих и микролегирующих элементов и модифицирующих добавок в настоящее время применяются 40 элементов, в том числе: бор, углерод, алюминий, кремний, фосфор, сера, титан, ванадий, хром, марганец, кобальт, никель, медь, селен, цирконий, ниобий, молибден, вольфрам, теллур, 15 элементов группы лантанидов и др.

Низколегированные стали

Впервые человек древнего мира познакомился с легированными сталями и применил их в своих практических целях для предметов труда и оружия, случайно встретившись в природе с метеоритами. Много исторических эпох, десятки веков потребовалось для того, чтобы практика производства и применения легированных сталей получила научный фундамент и стала бы повседневным делом металлургов, металловедов, машиностроителей, конструкторов и производственников. Несмотря на глубокую давность применения стали и стальных изделий, несмотря на изумительное искусство древних народов Индии, Ирака, Ирана,. Руси и Японии в производстве булатной стали, начало развития теории легирования относится всего лишь к 30-м годам прошлого столетия и связано с именем и трудами русского инженера и ученого П. П. Аносова, а практика обоснованного применения легированных сталей насчитывает не более ста лет. Только в 1870 г. была впервые предпринята попытка изготовления арочных фирм моста через реку Миссисипи, близ Санта-Луиса из хромистой (1,5—2,0% Сr) стали

Прокаливаемость

Прокаливаемость — способность стали получать при закалке мартенситную (или трооститно-мартенситную) структуру и высокую твердость на определенную глубину.
Прокаливаемость стали зависит от устойчивости переохлажденного аустенита, а следовательно, от критической скорости охлаждения. Прокаливаемость тем выше, чем меньше критическая скорость охлаждения.

Технологические свойства

При выборе металлов и сплавов для изготовления деталей, машин и конструкций большое значение имеют технологические свойства, под которыми понимают способность металла подвергаться различным видам обработки. Из технологических свойств наибольшее значение имеют обрабатываемость, свариваемость, ковкость, прокаливаемость, жидкотекучесть.

Ремонтопригодность

Применительно к эксплуатации материалов примером ремонтопригодного изделия может служить стальной кузов автомобиля. Изделие эксплуатируется в течение периода Т1. Далее выполняют профилактический ремонт кузова, т. е. снимают старое антикоррозионное покрытие, удаляют металл в образовавшихся очагах коррозии, вновь проводят антикоррозионную обработку. После этого изделие в очередной раз запускают в эксплуатацию. Процедуру обслуживания повторяют с заданной цикличностью в течение всего срока службы изделия. Последний может ограничиваться суммарным коррозионным разрушением, накапливающимся в процессе эксплуатации кузова.

Состояния изделия в процессе эксплуатации

В процессе эксплуатации изделие последовательно проходит три состояния:

  • работоспособное (вероятность выхода из строя близка к нулю);
  • предотказное (вероятность отказа резко повышается);
  • неработоспособное.

Термины и определения при анализе двухкомпонентных диаграмм

Конода — горизонтальный отрезок, концы которого ограничены равновесными сосуществующими фазами и содержанием в них компонентов; характеризует состав фаз, находящихся в равновесии.
Ликвидус — геометрическое место точек начала затвердевания бинарных сплавов с различным содержанием компонентов на диаграмме состояния.
Линии фигуративных точек — вертикальные линии на диаграмме состояния, соответствующие определенному химическому составу сплава.

Страницы