Назовите виды коррозионных повреждений нержавеющей стали

20. Назовите виды коррозионных повреждений нержавеющей стали

Коррозией – называется разрушение металлов и сплавов вследствие химического и физико-химического воздействия на них окружающей среды. При техническом проектировании серьезное внимание уделяется мероприятиям защиты от коррозии.

Различают два вида коррозии металлов: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия происходит при воздействии на металл или сплав сухих газов при повышенных температурах и жидких неэлектролитов (бензин, смола, масло и др.).

Электрохимическая коррозия происходит при действии на металлы жидких электролитов (водные растворы солей, щелочи, кислоты), влажного воздуха, т.е. проводников электричества. В технике больше всего приходится иметь дело с электрохимической коррозией.

По условиям протекания коррозия делится, в зависимости от окружающей среды, на газовую, жидкостную, почвенную, атмосферную. А в зависимости от дополнительных внешних воздействий на щелевую, контактную, радиационную, под напряжением, при ударном и истирающем воздействии, биокоррозию и органогенную.

По характеру разрушений металлов в результате воздействия агрессивных сред коррозия разделяется на общую (сплошную) и локальную (местную).

Общую коррозию разделяют на равномерную и неравномерную, а локальную – на коррозию пятнами, язвами, точками и подповерхностную, структурно-избирательную, компонентно-избирательную, межкристаллитную (МКК), ножевую – в зоне сварного шва.

В особый вид выделяют коррозионное растрескивание, вызываемое дополнительными напряжениями.

Локальная коррозия более опасна, нежели общая, так как при сравнительно небольшой потере массы металла механические и функциональные характеристики аппаратуры резко снижаются. Примером локальной коррозии являются свищи в стенках аппаратов, емкостей, трубопроводов и т.д.

21. Выбор и материаловедческое обоснование технологий формирования свойств

 

Выбор материала вида и режима термической или химико-термической обработки для конкретных деталей, работающих в определённых условьях.

Задание: Пружины и рессоры легкового автомобиля изготавливают из высококачественной легированной стали. Толщина пружины (ш14мм) и рессоры (δ=5мм). Сталь должна обладать высокими пределами прочности, выносливости и упругости. Подберите сталь, укажите её состав и свойства в зависимости от термической обработки.

Содержание работы.

1.         Изучить условья работы и требования, предъявляемые к ней.

2.         Выбрать марку стали для изготовления заданной детали, изучить её химический состав и механические свойства, обосновать выбор материала.

3.         Разработать в зависимости от условий работы детали необходимый вид и режим термический (ТО) или химико-термический (ХТО) режим обработки.

4.         Приложить график ТО или ХТО, указать структуру и механические свойства материала детали после окончательной обработки.

К материалам с высокими упругими свойствами относятся пружинные стали и сплавы.

Независимо от условий применения пружинные стали должны иметь определённые, характерные для всех конструкционных сплавов свойства – высокую прочность в условьях статического, циклического и динамического нагружения, достаточную пластичность и вязкость, а также высокое сопротивление разрушению. Однако основным свойством которым должны обладать пружинные стали и сплавы, является высокое сопротивления малым пластическим деформациям как в условьях кратковременного (предел упругости), так и длительного нагружения, зависящие от состава и структуры этих материалов, а также от параметров воздействия на них внешних условий – температуры, коррозионной активности внешней среды и д.р. Между сопротивлением малым пластическим деформациям и пределом прочности во многих случаях существует определённая связь.

Таким образом, сопротивление малым пластическим деформациям определяет весь комплекс основных свойств пружинных сталей и сплавов.

Стали для пружин и рессор содержат 0,5-0,75%C. Их также легируют кремнием (до 2.8%Si); марганцем (до 1.2%); хромом (до 1.2%); ванадием (до 0.25%); вольфрамом (до 1.2%); никелем (до 1.7%). При этом происходит измельчение зерна, способствующее возрастанию сопротивления стали пластической деформации.

Широкое применение на автотранспорте нашли кремнистые стали 55С2; 60С2; 70С3А.

Для повышения прокаливаемости и торможения роста зерна при нагреве в кремнистые стали вводят хром, ванадий 60С2ХФА; вольфрам 65С2ВА; никель 60С2Н2А. Лучшими свойствами обладает стали 50ХФА и 50ХГФА. Они используются для автомобильных рессор и пружин.

Дополнительное легирование марганцем повышает прокаливаемость и улучшает прочностные свойства. Поэтому сталь 50ХФА; 50ХГФА; 55СГФ применяют для пружин особо ответственного назначения, и рессор легковых автомобилей.

Таблица 3 Химический состав рекомендуемых легированных сталей

Сталь	C %	Mn %	Si %	Cr %	Ni %	Cu %	V %
50ХФА	0.46-0.54	0.50-0.80	0.17-0.37	0.80-1.10	≤0.25	≤0.20	0.10-0.20
50ХГФА	0.46-0.54	0.80-1.00	0.17-.037	0.95-1.10	≤0.25	≤0.20	0.15-0.25
55СГФ	0.52-0.60	0.95-1.25	1.50-2.00	≤0.30	≤0.25	≤0.20	0.10-0.15

Назначим режимы термической обработки для выбранных марок легированных пружинных сталей.

Таблица 4 Режимы термической обработки

Сталь	Температура закалки	Среда	Температура отпуска
50ХФА	850°C	Масло	470°C
50ХГФА	850°C	Масло	470°C

Сравнительные свойства легированных пружинных сталей после термической обработки.

Таблица 5 Сравнительные свойства сталей.

Сталь	Механические свойства
	не менее
	σ0.2	σВ	δ	φ	HRC
	МПа	МПа	%	%
50ХФА	1080	1270	8	35	42-48
50ХГФА	1325	1420	6	35	42-48

В таблице 7 приведены зависимости свойств пружинных сталей марок 50ХФА и 50ХГФА от температуры отпуска по которым можно назначить его оптимальные величины.

Таблица 6 Полосы прокаливаемости стали 50ХГФА

Таблица 7 Предел упругости (МПа) после закалки и отпуска (числитель), а также после закалки и динамического старения (знаменатель) пружинных сталей.

Сталь	Температура отпуска (динамического старения) °C
	250	300	350	400	450
50ХФА	1200/1600	1220/1580	1270/1580	1200/1580	1150/1400
50ХГФА	1230/1600	1250/1580	1380/1550	1250/1500	1170/1400

 

График 1 График термообработки легированных пружинных сталей марок 50ХФА и 50ХГФА.

AB – Линия нагрева стали под закалку 850°C

BC – Выдержка

CD – Линия охлаждения на масло

Мз – После закалки структура мартенсит

AґBґ – Линия нагрева отпуска

BґCґ – Линия выдержки, 60-90 минут

Тр – Структура тростит 42-48 HRC

Свойства пружинной стали могут быть существенно повышены (Таблица 7 Предел упругости (МПа) после закалки и отпуска (числитель), а также после закалки и динамического старения (знаменатель) пружинных сталей.) в результате применения процесса динамического старения (или отпуска под нагрузкой). Эта обработка заключается в нагружении стали после предварительной закалки и низкого отпуска (170-180°C) при средней температуре нагрева (отпуске) нагрузкой обеспечивается напряжение в образце до значения 0.7-0.8 предела текучести при этих температурах. Улучшение свойств в результате динамического старения является следствием более полного распада остаточного аустенита и формирования структурного состояния стали отличающегося от наблюдаемого после обычного отпуска.

Это связанно с влиянием напряжений возникающих под воздействием нагрузки, на условья выделения карбидов и их структуру. Кроме того, при динамическом старении изменяется и ориентация частей карбидов, дисперсность которых после всех температур процесса обработки выше, чем после обычного отпуска. Эти изменения структуры и определяют улучшения всего комплекса свойств пружинных сталей.

Испытание на прочность по Бринеллю

Под твердостью материала понимают его способность сопротивляться пластической или упругой деформации при внедрении в него более твердого тела (индентора).

Этот вид механических испытаний не связан с разрушением металла и, кроме того, в большинстве случаев не требует приготовления специальных образцов.

Все методы измерения твердости можно разделить на две группы в зависимости от вида движения индентора: статические методы и динамические. Наибольшее распространение получили статические методы определения твердости.

Статическим методом измерения твердости называется такой, при котором индентор медленно и непрерывно вдавливается в испытуемый металл с определенным усилием. К статическим методам относят следующие: измерение твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу (рис. 1).

Рис. 1. Схема определения твердости:

а) по Бринеллю; б) по Роквеллу; в) по Виккерсу

Измерение твёрдости по Бринеллю

Сущность метода заключается в том, что шарик (стальной или из твердого сплава) определенного диаметра под действием усилия, приложенного перпендикулярно поверхности образца, в течение определенного времени вдавливается в испытуемый металл (рис. 1а). Величину твердости по Бринеллю определяют исходя из измерений диаметра отпечатка после снятия усилия.

При измерении твердости по Бринеллю применяются шарики (стальные или из твердого сплава) диаметром 1,0; 2,0; 2,5; 5,0; 10,0 мм.

При твердости металлов менее 450 единиц для измерения твердости применяют стальные шарики или шарики из твердого сплава. При твердости металлов более 450 единиц - шарики из твердого сплава.

Величину твердости по Бринеллю рассчитывают как отношение усилия F, действующего на шарик, к площади поверхности сферического отпечатка.

Одинаковые результаты измерения твердости при различных размерах шариков получаются только в том случае, если отношения усилия к квадратам диаметров шариков остаются постоянными. Исходя из этого, усилие на шарик необходимо подбирать по следующей формуле:

Диаметр шарика D и соответствующее усилие F выбирают таким образом, чтобы диаметр отпечатка находился в пределах:

Если отпечаток на образце получается меньше или больше допустимого значения d, то нужно увеличить или уменьшить усилие F и произвести испытание снова.

Коэффициент К имеет различное значение для металлов разных групп по твердости. Численное, же значение его должно быть таким, чтобы обеспечивалось выполнение требования, предъявляемого к размеру отпечатка.

Толщина образца должна не менее, чем в 8 раз превышать глубину отпечатка.

Последовательность измерения твёрдости по Бринеллю

Подготовка образца, выбор условий испытания, получение отпечатка, измерение отпечатка и определение числа твердости производится в строгом соответствии ГОСТ 9012-59 (в редакции 1990 г.). Необходимые для замера твердости значения выбираются из таблиц этого ГОСТа.

Значение К выбирают в зависимости от металла и его твердости в соответствии с табл. 1.

Таблица 1

Диаметр шарика D, мм	Прикладываемое усилие F, Н
	K=F/D^2
	30	10	5	2,5	1
10	29420	9807	4903	2452	980,7
5	7355	2452	1226	612,9	245,2
2,5	1839	612,9	306,5	153,2	61,3
1	294,2	98,1	49,0	24,5	9,81
Диапазон твердости HB	55 – 650	35 – 200	<55	8 – 55	3 – 20
Измеряются	Сталь, чугун, медь и ее сплавы, легкие сплавы	Чугун, сплавы меди, легкие сплавы	Медь и ее сплавы, легкие сплавы	Легкие сплавы	Свинец, олово

Усилие, F в зависимости от значения К и диаметра шарика D устанавливают в соответствии с табл. 1.

Рекомендуемое время выдержки образца под нагрузкой для сталей составляет 10 с, для цветных сплавов 30 с (при K=10 и 30) или 60 с (при K=2.5).

 

Протокол испытаний

Марка металла	D шарика, мм	F, H (кгс)	Продол. выдержки, с	Диаметр отпечатка , мм		Среднее арифм., dср мм	HB (HBW)
				d1	d2

 

Список литературы

1.         Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 1983.-384с.

2.         ГОСТ 4543. Сталь легированная конструкционная. Технические условия. Изд. стандартов, 1990.- 64с.

3.         Конструкционные материалы: Справочник. Под ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1990. -688с.

4.         Материаловедение и технология металлов: Учеб. Для студентов машиностроительных спец. вузов. Под ред. Г.П.Фетисова. - М.: Высш. шк. , 2002. - 638с.

5.         Петренко Ю.А. Материаловедение. Методические указания по выполнению контрольных и курсовых работ для студентов специальностей 190603.65 (230100), 150408.65 (230300), 100101.65(2307.12). – СПб.: Изд-во СПбГУСЭ, 2006. – 115с.

6.         Стерин И.С. Машиностроительные материалы. Основы материаловедения и термической обработки. Учебное пособие. - СПб.: Политехника, 2003. - 344с.

7.         Фиргер Н.В. Термическая обработка сплавов: Справочник. Л.: Машиностроение, 1982. - 304с.