Презентация Легированные стали онлайн

Содержание слайда: Лекция 8 Легированные стали Содержание Влияние легирующих элементов на структуру стали Влияние легирующих элементов структуру и механические свойства сталей

Содержание слайда: Введение Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, Wo, V, А1, В, Ti и др.), а также Мп и Si в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей. Как правило, лучшие свойства обеспечивает ком­плексное легирование. Легирование сталей и сплавов используют для улучшения их механических и технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить критическую скорость закалки, порог хладноломкости и вязкость разрушения. В изделиях крупных сечений (диаметром свыше 15...20 мм) механические свойства легированных сталей значительно выше, чем механические свойства углеродистых.

Содержание слайда: Предельное содержание элементов в углеродистых сталях по ГОСТ54384 - 2011

Содержание слайда: Влияние легирующих элементов критические точки Ni, Mn, Co C, N,Cu Cr, Mo, W, V

Содержание слайда: Микроструктура стали аустенитного класса

Содержание слайда: Микроструктура доэвтектоидной стали

Содержание слайда: Микроструктура перлитной стали

Содержание слайда: Микроструктура заэвтектоидной стали

Содержание слайда: Микроструктура стали ферритного класса

Содержание слайда: Влияние легирующих элементов на механические свойства сталей Под влиянием легирующих элементов происходит существенное измененение структуры стали, а следовательно, изменение комплекса механических свойств. Прочность легированных сталей можно представить в виде суперпозиции парциальных вкладов в упрочнение различных структурных составляющих стали. σ = σ0 + ∆σ1 + ∆σ2 + ∆σ3 + ∆σ4 + ∆σ5   σ0 – напряжение старта дислокаций в чистом зерне (сила Пайерлса), ∆σ1 – вклад в упрочнение растворенных атомов легирующих элементов, ∆σ2 - вклад в упрочнение за счет мелкодисперсных выделений, ∆σ3 – вклад в упрочнение атомами углерода в твердом растворе, ∆σ4 – вклад в упрочнение границ зерен, ∆σ5 – вклад в упрочнение дислокаций.

Содержание слайда: Сила Пайерлса Сдвиговое напряжение τ приводит к появлению силы, действующей на дислокацию. Чтобы инициировать пластическую деформацию, сила должна превышать силу сопротивления движению дислокации. Эта сила определяется свойствами кристаллической решетки, т.е. представляет собой силу «внутреннего трения». Эта сила в расчете на единицу длины дислокации может быть найдена так: f = τ b. В чистых металлах с ОЦК решеткой σ0 ≈ 10-4 G ≈ 20МПа, а в металлах технической чистоты σ0 ≈ 100МПа.

Содержание слайда: Упрочнение вследствие образования твердого раствора Вклад в упрочнение находящихся в твердом растворе атомов легирующего элемента ∆σ1 можно оценить по формуле: ∆σ1 = α G[δ (с/сmax)] где α – безразмерный коэффициент, G – модуль сдвига, δ = (r - rFe)/rFe - параметр несоответствия радиуса атома легирующего элемента r , по отношению к атому железа rFe, (с/смах) - приведенная атомная концентрация легирующего элемента, где с – содержание легирующего элемента, сmax – максимальная растворимость легирующего элемента в железе. По упрочняющему действию легирующие элементы можно расположить в следующий убывающий ряд: Si → Mn → Ni → Mo → V→ W → Cr Вклад в упрочнение вследствие образования твердых растворов составляет 200 – 400 МПа

Содержание слайда: Упрочнение вследствие выделения частиц Парциальный вклад в упрочнение мелкодисперсных частиц (фаз) может быть оценен по формуле Орована: ∆σ2 = Gb/(l - 2r),  где G – модуль сдвига, l – расстояние между выделениями, r – средний радиус выделений, – вектор Бюргерса. К числу мелко дисперсных фаз можно отнести карбиды, нитриды, интерметаллиды. Так легированные конструкционные стали содержат Ti, V, Zr, Nb, которые образуют с углеродом и азотом прочные дисперсные выделения карбонитридов. Алюминий образует с азотом твердые частицы AlN. В некоторых сталях с низким содержанием углерода образуются твердые интерметаллидные соединения типа Ni3Ti, FeAl и другие, способствующие упрочнению. По карбидообразующей способности легирующие элементы можно расположить в следующий убывающий ряд: Ti → Nb → V → W → Mo → Cr Вклад в упрочнение частиц ∆σ2 составляет 300 – 500 МПа

Содержание слайда: Нитриды в легированной стали

Содержание слайда: Вклад в упрочнение атомами углерода в твердом растворе Упрочнение за счет находящихся в твердом растворе атомов углерода или азота оценивают по формуле:  ∆σ3 = 0,1X G С0,5, где Х – геометрический множитель, учитывающий пространственную неоднородность распределения атомов углерода, С - атомная концентрация растворенного углерода (азота). Твердорастворное упрочнение особенно эффективно при введении в раствор элементов внедрения, какими являются углерод и азот. Высокое упрочняющее действие углерода и азота объясняется ассиметричным искажением кристаллической решетки и сильным взаимодействием атомов этих элементов с дислокациями, обусловленным осаждением на них растворенных атомов. Таким образом, эффект упрочнения при образовании твердых растворов внедрения в 10 раз превышает эффект упрочнения от образования твердых растворов замещения. Вклад в упрочнение атомами углерода ∆σ3 составляет ≈ 100 – 200 МПа

Содержание слайда: Вклад в упрочнение границ Вклад в упрочнение границ ∆σ4 объясняется тем, что движущиеся дислокации не могут пройти через границу. И передача скольжения происходит методом эстафеты – путем возбуждения дислокационных источников, расположенных по другую сторону границы. Следовательно, уменьшение размеров зерен способствует росту прочности. Влияние величины зерен на прочность может быть описано уравнением Холла-Петча:  ∆σ4 = K d- 0,5, где К – коэффициент, d – средний диаметр зерна. Особенностью зерно граничного упрочнения является то, что при реализации этого механизма одновременно с увеличением прочности происходит увеличение вязкости и пластичности стали. С измельчением зерна снижается температура вязко-хрупкого перехода и повышается сопротивление хрупкому разрушению. Вклад в упрочнение границ ∆σ4 составляет 200 – 450 МПа

Содержание слайда: Микроструктура стали с различной величиной зерна d = 10 мкм d = 50 мкм

Содержание слайда: Наноструктуктура металлического сплава

Содержание слайда: Вклад в упрочнение дислокаций. Упрочнение сплавов за счет увеличения плотности дислокаций при пластической деформации, либо при фазовом наклепе ∆σ5 обусловлено образованием новых дислокаций. Это приводит к тому, что перемещению дислокаций начинают препятствовать сами же дислокации.   ∆σ5 = k ρ 0,5 ,  где k – коэффициент зависящий от модуля сдвига, вектора Бюргерса и от характера взаимодействия дислокаций, ρ – плотность дислокаций. Дислокационное упрочнение, как правило, отрицательно влияет на пластичность и вязкость стали. Вклад в упрочнение дислокаций ∆σ5 составляет 150 – 300 МПа

Содержание слайда: Дислокации в металлическом сплаве

Содержание слайда: Зависимость коэффициента интенсивности напряжений от предела текучести легированной стали

Содержание слайда: Заключение Таким образом, ведением легирующих элементов можно существенным образом изменить структуру стали. От характера взаимодействия атомов легирующих элементов с железом и углеродом, от типа образованных дефектов структуры, от характера взаимодействия легирующих элементов и т.д. зависит структура и свойства стали. Условно различают понятия: легирование, микролегирование и модифицирование. При легировании в сплав вводят 0,2-0,5% по массе и более легирующего элемента, при микролегировании - чаще всего до 0,1 %, при модифицировании - меньше, чем при микролегировании, или столько же, однако задачи, решаемые микролегированием и модифицированием, разные. Микролегирование эффективно влияет на строение и энергетическое состояние границ зерен, при этом предполагается, что в сплаве будут реализованы два механизма упрочнения - благодаря легированию твердого раствора и в результате дисперсионного твердения. Модифицирование способствует в процессе кристаллизации измельчению структуры, изменению геометрической формы, размеров и распределения неметаллических включений, изменению формы эвтектических выделений, в целом улучшая механические свойства. Для микролегирования используют элементы, обладающие заметной растворимостью в твердом состоянии (более 0,1 ат. %), для модифицирования обычно служат элементы с малой растворимостью (< 0,1 ат. %).