Получение перлитной структуры стали

Министерство образования  Республики Казахстан

Казахский Агротехнический  университет имени С. Сейфуллина.

 

 

   Кафедра: « Технологические машины и оборудования».

 

 

 

 

 

 

Реферат

На тему: Получение перлитной структуры стали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

1. Введение………………………………………………………..3
2. Получение перлитной структуры стали………………………11
3. Список использованной литературы…………………………...13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Перлит (от фр. perle - жемчужина) — одна из структурных составляющих железоуглеродистых сплавов — сталей и чугунов: представляет собой эвтектоидную смесь двух фаз — феррита и цементита (в легированных сталях — карбидов). Перлит — продукт эвтектоидного распада (перлитного превращения) аустенита при сравнительно медленном охлаждении железоуглеродистых сплавов ниже 727 °C. При этом γ-железо переходит в α-железо, растворимость углерода в котором составляет от 0,006 до 0,025%; избыточный углерод выделяется в форме цементита или карбидов. В зависимости от формы различают перлит пластинчатый (основной вид перлита; обе фазы имеют форму пластинок) и зернистый (округлые зёрнышки, или глобули, цементита располагаются на фоне зёрен феррита). С увеличением переохлаждения растёт число колоний перлита, то есть участков с однообразной ориентацией пластинок феррита и цементита (карбидов), а сами пластинки становятся более тонкими. Механические свойства перлита зависят в первую очередь от межпластиночного расстояния (суммарная толщина пластинок обеих фаз): чем оно меньше, тем выше значение предела прочности и предела текучести и ниже критическая температура хладноломкости. При перлитной структуре облегчается механическая обработка стали. Дисперсные разновидности перлита называют сорбитом и трооститом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стали перлитного класса - это низко - и среднелегированные, наиболее распространенные как конструкционные, так и инструментальные стали. В  состоянии проката или после  отжига они благодаря перлитной  или ферритно-перлитной структуре  хорошо обрабатываются режущим инструментом. Для получения высоких механических свойств, твердости и износостойкости  их подвергают закалке, большей частью в масле, и соответствующему отпуску. 
Диаграмма изотермического распада аустенита для сталей трех. Стали перлитного класса характеризуются относительнее малым содержанием легирующих элементов, мартенситного - более значительным и, наконец, аустенитного - высоким содержанием легирующих элементов. 
Жаропрочные свойства перлитных, мартенситных и аустенитных сталей. Стали перлитного класса, как не содержащие большого количества хрома, естественно, не обладают высокой жаростойкостью и их нельзя применять при температурах выше 550 - 580 С. 
Стали перлитного класса выпускаются восьми марок: 12MJ 12Х1МФ ( 12ХМФ), 20Х1М1Ф1ТР ( ЭП182), 20Х1М1Ф1Б1 ( 20ХМФБ, ЭП44 25ХМФ ( ЭИ10), 25Х2М1Ф ( ЭИ723), 18ХЗМВ ( ЭИ578), 20ХЗМВФ ( ЭИ415, ЭИ579; В скобках указано старое название марок. 
Стали перлитного класса при содержании 0 1 - 0 8 % С имеют обычно не более 2 - 5 % специальных примесей и структуру, аналогичную углеродистой стали, а именно: феррит и перлит в доэвтектоидной стали, перлит в эвтектоидной стали и перлит и цементит ( карбиды) в заэвтектоидной стали. 
Стали перлитного класса с содержанием углерода не выше 0 35 % и легирующих элементов в сумме до 2 - 5 % пользуются широким распространением благодаря повышенным механическим свойствам и относительно невысокой их стоимости. 
Стали перлитного класса являются в основном конструкционными, мартенситного и карбидного - инструментальными, а феррит-ного и аустенитного - сталями с особыми химическими и физическими свойствами. 
Стали перлитного класса с содержанием углерода не выше 0 35 % и легирующих элементов в сумме до 3 - 4 % свариваются в большинстве случаев вполне удовлетворительно. 
Сталь перлитного класса гораздо больше других распространена в машиностроении. Она содержит небольшое количество легирующих элементов, хорошо поддается обработке режущим инструментом и после окончательной термической обработки весьма значительно улучшает свои механические свойства. 
Стали перлитного класса наиболее распространены. Структура сталей этого класса после нормализации или отжига состоит из феррита или перлита или феррита и карбидов. Такие стали содержат небольшое количество легирующих примесей и относятся к низко - и среднелегированным сталям. Обладают хорошей обрабатываемостью режущим инструментом. Многие стали этого класса, содержащие 0 / 15 - 0 2 % С, хорошо свариваются. 
Микроструктура стали. Стали перлитного класса являются низколегированными сталями. 
Стали перлитного класса используют для изготовления крепежа, труб, паропроводов, пароперегревателей и коллекторов энергетических установок, длительно работающих при температурах 500 - 550 С. Стали этого класса используют в закаленном или нормализованном и высокоотпущенном состоянии. 
 
Стали перлитного класса с содержанием углерода не выше 0 35 % и легирующих элементов в сумме до 2 - 5 % пользуются широким распространением благодаря повышенным механическим свойствам и относительно невысокой их стоимости. 
Стали перлитного класса обычно охлаждают по первому способу, тогда как стали мартенситного класса - по второму или третьему способу. 
Стали перлитного класса обычно охлаждают по первому способу, тогда как стали мартенситного класса ( закаливающиеся на воздухе) - по второму или третьему способу. При прокатке стали на крупные размеры ( более 20 мм) прутки помещают в колодцы с температурой, превышающей температуру наибольшей скорости перлитного превращения аустенита. При медленном охлаждении это превращение проходит практически полностью, что обеспечивает отсутствие трещин. 
Стали перлитного класса являются сравнительно малолегированными сталями, содержащими при 0 12 % С 0 5 или 1 % Сг и 0 3 или 0 5 % Мо. Присадка ванадия измельчает зерно, а также повышает жаропрочность. После охлаждения изделий на воздухе получается перлитная структура с карбидом М3С, после закалки в масле - мартенсит-бейнит. 
Стали перлитного класса характеризуются относительно малым содержанием легирующих элементов, мартенситного - более значительным и, наконец, аустенитного - высоким содержанием легирующих элементов. 
Стали перлитного класса являются сравнительно малолегированиыми сталями, которые при 0 12 % С содержат 0 5 или 1 % Сг и 0 3 или 0 5 % Мо. Присадка ванадия измельчает зерно, а также повышает - жаропрочность. После охлаждения изделий на воздухе получается перлитная структура с карбидом МзС, после закалки в масле - мартенсит-бейнит. 
Стали перлитного класса, как не содержащие большого количества хрома, естественно, не обладают высокой жаростойкостью и их нельзя применять при температурах выше 550 - 580 С. 
Сталь перлитного класса является наиболее распространенным конструкционным материалом во всех отраслях промышленности, в том числе и в наиболее квалифицированном машиностроении. Сталь этого класса, как правило, содержит наименьшее количество легирующих элементов. 
Диаграмма изотермического распада аустенита для сталей трех. Стали перлитного класса характеризуются относительно малым содержанием легирующих элементов, мартенситного - более значительным и, наконец, аустенитного - высоким содержанием легирующих элементов. 
Стали перлитного класса содержат незначительное количество легирующих элементов ( обычно не более 5 - 6 %), хорошо обрабатываются давлением и резанием. После закалки и отпуска заметно повышают механические свойства. Большинство конструкционных и инструментальных сталей относятся к сталям перлитного класса. 
Стали перлитного класса содержат до 0 16 % С и молибдена до 0 7 %, который увеличивает температуру рекристаллизации феррита и тем самым повышает жаропрочность. Аналогично, но слабее действует хром. Присадка ванадия измельчает зерно, а также повышает жаропрочность. 
Для стали перлитного класса, к которой относятся марки, указанные в таблице на стр. При изготовлении крупных турбинных поковок из стали Р2 или пружин и крепежных деталей паровых турбин из стали ЭИ723 с низкими остаточными напряжениями применяется двойная нормализация с последующим высоким от пуском. 
Легирование сталей перлитного класса имеет своей целью упрочнение основной фазы а - твердого раствора введением молибдена, который, образуя твердый раствор замещения п железе, повышает энергию кристаллических связей в области наиболее высоких температур, что приводит к повышению жаропрочности стали. Необходимо отметить, однако, что и молибден и углерод в стали обладают высокой диффузионной подвижностью, благодаря чему при длительном воздействии высоких температур эти элементы выделяются из твердого раствора, образуя внекристаллитный карбид молибдена. Кроме того, часть выделившегося из а - раствора углерода вместо образования карбида молибдена выделяется в стали в виде графита. По этой причине, а также благодаря тому, что упрочняющий эффект молибдена в карбиде оказывается значительно ниже такового в а - растворе, происходят разупрочнение и графитизация стали. 
К сталям перлитного класса относятся углеродистые и низколегированные стали. Одной из особенностей структурных изменений в сталях перлитного класса при сварке является возможность получения в зоне влияния структуры мартенсита. Появление мартенсита в зоне термического влияния основного металла крайне нежелательно не только из-за повышенной твердости и уменьшения пластических свойств зоны, но и главным образом из-за возможного образования микроскопических или даже субмикроскопических трещин. Появление хрупкой структуры - мартенсита можно предупредить путем предварительного подогрева детали перед сваркой. Подогрев также рекомендуется при сварке сталей с высоким содержанием углерода. 
К сталям перлитного класса относятся углеродистые и низколе-гированые стали. Одной из особенностей структурных изменений в сталях перлитного класса при сварке является возможность получения в зоне влияния структуры мартенсита. Появление мартенсита в зоне термического влияния основного металла крайне нежелательно не только из-за повышенной твердости и уменьшения пластических свойств зоны, но и главным образом из-за возможного образования микроскопических или даже субмикроскопических трещин. 
К сталям перлитного класса относят конструкционные и инструментальные, к сталям мартенситного и карбидного классов - инструментальные, а ферритного и аустенитного - стали с особыми химическими и физическими свойствами. 
В сталях перлитного класса введение молибдена в небольшом количестве увеличивает температуру рекристаллизации феррита и тем самым повышает жаропрочность. Аналогично, но слабее, действует хром ( см. ряс. 
Диаграмма для никелевых сталей. Диаграмма для марганцовистых сталей. В сталях перлитного класса при нормальном охлаждении получается, как и в обычных углеродистых, структура перлита. 
В сталях перлитного класса введение молибдена в небольшом проценте повышает температуру рекристаллизации феррита и тем самым повышает жаропрочность. Аналогично, но слабее действует хром ( см. фиг. 
В сталях перлитного класса введение молибдена в небольшом количестве повышает температуру рекристаллизации феррита и тем самым повышает жаропрочность. 
В сталях перлитного класса поведение молибдена в небольшом количестве увеличивает температуру рекристаллизации феррита и тем самым повышает жаропрочность. 
Низколегированные термически упрочненные стали перлитного класса отличаются от горячекатаных или нормализованных более высокой ударной вязкостью, пределом текучести и пределом прочности. 
При рассмотрении сталей перлитного класса наиболее удобна классификация, разделяющая их в зависимости от содержания углерода, поскольку этим определяются такие особенности, как деформируемость и свариваемость, твердость мартенсита после закалки, а также уровень магнитных свойств. Содержание углерода определяет и режимы термической обработки, используемые для придания неаустенитным сталям оптимальных свойств: для малоуглеродистых сталей это преимущественно нормализация; для среднеуглеродистых, как правило, улучшение [ закалка с высоким ( 600 - - 700 С) отпуском ]; для высокоуглеродистых ( за исключением быстрорежущих) - закалка с низким ( 150 - 200 С) отпуском. 
Снижение коррозии сталей перлитного класса может быть достигнуто переводом их в пассивное состояние воздействием на состав теплоносителя. Такой водный режим поддерживается в первом контуре ВВЭР. 
При сварке сталей перлитного класса металл шва чаще всего имеет структуру сорбита или сорбитообразного перлита ( фиг. У некоторых сталей этого класса, имеющих значительное содержание углерода и легирующих элементов, находящихся у границы мартенситного класса, возможно появление структуры мартенсита в наплавленном металле. 
При сварке сталей перлитного класса металл шва чаще всего имеет структуру сорбита или сорбитообразного перлита ( фиг. У некоторых сталей этого класса, имеющих значительное содержание углерода и легирующих элементов, находящихся у границы мартенситного класса, возможно появление структуры мартенсита в наплавленном металле. 
Механические свойства сталей перлитного класса после упрочняющей термической обработки заметно повышаются. Стали перлитного класса хорошо обрабатываются давлением и резанием. 
Формулы для сталей перлитного класса - 12Х1МФ и 12Х2МФСР - справедливы до 620 С; для сталей аустенитного и ферритно-мартенситного классов Х18Н12Т и ЭИ756 - до 650 С. 
Изменения структуры сталей перлитного класса могут выражаться в сфероидизации перлита и обезуглероживании под действием высокой температуры, вызывающими увеличение скорости ползучести и сокращение срока службы металла. 
При нагреве незакаленной стали перлитного класса ниже температуры Л - t в ней происходит увеличение растворимости углерода в феррите. Но так как это увеличение весьма незначительно ( 0 01 % при комнатной температуре и 0 02 % при температуре 723), то сколько-нибудь существенных изменений в структуру сталей оно не вносит. Однако при нагреве до температуры Аг могут совершаться и значительные структурные изменения. 
По своей природе сталь перлитного класса может обеспечить надежную работу при температуре не выше 580 - 585 С. Поэтому температура перегретого пара должна быть меньше. 
Широкое применение получили низколегированная хромомолибденовая сталь перлитного класса 15ХМ ( 1 % Сг 0 5 % Мо), молябденохромовая сталь 12МХ ( 0 5 Сг и 0 5 % Мо); первую применяют для условий работы при 3 560 С, а вторую - при 510 С. Добавка хрома повышает окалиностойкость и устойчивость против графитизации. Хром, кремний и алюминий повышают окалиностойкость, а молибден - длительную прочность и сопротивление ползучести. Эти стали, особенно 15ХМ, отличаются хорошей свариваемостью, повышенным сопротивлением ползучести и малой склонностью к графитизации. 
Сварку деталей из сталей перлитного класса в смеси аргона с углекислым газом ( до 25 %) или с кислородом ( до 5 %) допускается рассматривать как аргонодуговую сварку. 
Сварка и наплавка стали перлитного класса должны выполняться с соблюдением требований по предварительному и сопутствующему подогреву и термической обработке в зависимости от марки стали и толщины свариваемых кромок. Режим подогрева и последующего отпуска должен соответствовать требованиям, предусмотренным.

Перлитные стали являются наиболее распространенными в сварных конструкциях паровых и газовых турбин. Объем конструкций, изготавливаемых из них, в несколько раз превосходит объем сварных изделий, изготавливаемых из сталей других классов.

Перлитные стали предназначены для длительной эксплуатации при температурах 450 - 580 С и применяются в основном в котлотурбо-строении для изготовления паропроводных и пароперегревательных труб. 

Перлитные стали пластичны в холодном состоянии ( см. табл. 10), Удовлетворительно обрабатываются резанием и свариваются. По теплопроводности и тепловому расширению они близки к обычным конструкцией сталям.

Перлитные стали для дисков и роторов паровых турбин содержат больше углерода, чем трубные стали. Для дисковых и роторных сталей важна высокая прокаливаемость, которая достигается при относительно высоком содержании углерода. Перлитные роторные и дисковые стали были рассмотрены в разделе улучшаемых сталей.

Перлитные стали 12Х1МФ и 12Х2МФСР - окисляются почти одинаково. До температуры 580 С глубина коррозии стали 12Х1МФ увеличивается, а затем несколько уменьшается.

Перлитные стали предназначены для длительной эксплуатации при температурах 450 - 580 С и применяются в основном в котлотурбо-строении для изготовления паропроводных и пароперегревательных труб. 

Перлитные стали пластичны в холодном состоянии ( см. табл. 10), удовлетворительно обрабатываются резанием и свариваются. По теплопроводности и тепловому расширению они близки к обычным конструкционным сталям.

Перлитные стали предназначены для длительной эксплуатации при 450 - 580 С; используют их главным образом в котлостроении. Жаропрочность перлитных сталей обеспечивается выбором рационального химического состава и полученной в результате термической обработки структуры легированного феррита с равномерно распределенными в нем частицами карбидов.

Перлитные стали пластичны в холодном состоянии, удовлетворительно обрабатываются резанием и свариваются. По теплопроводности и тепловому расширению они близки к обычным конструкционным сталям.

Перлитные стали с повышенным содержанием углерода ( 0 25 - 0 30 %) по жаропрочности уступают перлитным сталям, содержащим 0 12 - 0 15 %, и поэтому для них установлены максимальные температуры длительной эксплуатации, равные 525 - 565 С. Из этих сталей изготовляют валы и цельнокованые роторы стационарных и транспортных паровых турбин, плоские пружины и крепежные детали. Перлитные стали широко применяют благодаря невысокой стоимости, технологичности и удовлетворительной жаропрочности. 

Перлитные стали могут подвергаться охрупчиванию около концов сварочных трещин в том случае, когда термообработка после сварки проводилась при слишком низкой температуре.

Перлитные стали 12ХШФ и 12Х2МФСР коррозируют почти одинаково. Что касается стали 12Х2М4Б, то ее коррозионная стойкость до температуры 580 С ниже, чем у сталей 12ХШФ и 12Х2МФСР, а при / 580 С - выше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Табл.1

Примерное назначение низколегированных жаропрочных  сталей перлитного класса

Сталь	Назначение	Рабочая  температура, ˚С	Срок службы	Температура начала интенсивного  окалинообразования,˚ С
12МХ	Трубы паронагревателей, паропроводов и коллекторов энергетических установок; арматура паровых котлов и паропроводов	500–510	Весьма длительный	570
15ХМ		520–530		570
12Х1МФ		570–585		600
15Х1М1Ф		570–585		600
18Х3МВ	Трубы для гидрогенизационных установок и нефтехимической  аппаратуры	450–500	Длительный	600
20Х3МВФ		500–550		600
20Х3МВФ	Поковки (роторы, диски), болты	530–560		600
25Х1МФ	Крепежные детали (болты, шпильки), плоские пружины	500–510	Длительный	600
25Х2М1Ф		520–550		600

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Перлитная структура стали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы:

1. Гуляев А.П. Металловедение, 1978, 648 с. 
2. Иванова В.С. Синергетика и фракталы. Универсальность механического поведения материалов, 1998, 368 с. 
3. Бочвар М.А. Справочник по машиностроительным материалам т.2, 1959, 640 с. 
4. Беккерт М.N. Справочник по металлографическому тралению, 1979, 340 с. 
5. Марченко Е.А. О природе разрушения поверхности металлов при трении, 1979, 120 с. 
6. ПогодинАлексеев Г.И. Справочник по машиностроительным материалам Том 2 Цветные металлы и их сплавы, 1959, 640 с. 
7. Кудрявцев И.В. Материалы в машиностроении Выбор и применение Том 4, 1989, 248 с. 
8. Уайэтт Л.М. Материалы ядерных энергетических установок, 1979, 256 с. 
9. Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов, 2001, 640 с. 
10. Антикайн П.А. Металловедение, 1965, 288 с. 
11. Болховитинов Н.Ф. Металловедение и термическая обработка Издание 6, 1965, 505 с. 
12. Гуляев А.П. Металловедение, 1978, 648 с. 
13. Комаров О.С. Технология конструкционных материалов, 2005, 560 с. 
14. Голбдштеин М.И. Специальные стали, 1985, 408 с. 
15. Арзамасов Б.Н. Материаловедение, 2002, 657 с. 
16. Лахтин Ю.М. Термическая обработка в машиностроении, 1980, 785 с. 
17. Туманов А.Т. Конструкционные материалы Энциклопедия, 1965, 527 с. 
18. Артингер И.N. Инструментальные стали и их термическая обработка Справочник, 1982, 312 с. 
19. Бернштейн М.Л. Металловедение и термическая обработка стали Справочник Том1 Изд4, 1991, 462 с. 
20. Горицкий В.М. Диагностика металлов, 2004, 406 с. 
21. Утевский Л.М. Обратимая отпускная хрупкость стали и сплавов железа, 1987, 225 с. 
22. Федюкин В.К. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин, 1989, 257 с.