Сталь 110г13л обработка резанием
Обновлено: 18.04.2024
Сталь Гадфильда – одна из самых уникальных ныне открытых сталей. Ее свойства во многом расширили возможности производства металлических изделий и конструкций. В данной статье рассмотрены особенности стали Гадфильда, а также её роль в развитии металлургии.
Сталь марки 110Г13Л (согласно ГОСТ 977-88), также именуемая в честь своего изобретателя – Роберта Аббота Гадфильда – "сталью Гадфильда" не теряет своей актульности и по сей день. Это высоколегированная сталь, и её особенные свойства обусловлены значительным содержанием в своем составе марганца (рис. 1). Металлический марганец был открыт ещё в 1774 году шведским химиком Йоханом Готлибом Ганом и его коллегой Карлом Вильгельмом Шееле. Й.Ган получил марганец, нагревая в печи пиролюзит с углем. Через 108 лет, в 1882 году, английский металлург Роберт Аббот Гадфильд первым добавил его в сталь и выявил металл с неповторимыми свойствами [3].
Рис. 1. Хим. состав стали Гадфильда по ГОСТ 2176-77
Р.Гадфильд провел над новой сталью опыты и получил неожиданные результаты: после закалки образец не увеличил свою твердость, подобно прочим сталям, а наоборот – снизил. Несмотря на то, что закаливание металлург проводил в различной среде сталь не изменяла своей особенности. Главное свойство стали можно было обнаружено, когда она проходила холодную ковку: твердость образца увеличивалась в тех местах, по которым наносили удары молотом. Причем, чем сильнее была вызванная деформация, тем тверже становился металл. Также новый металл по поддавался резанию, тем самым упрочняясь, а значит, не подходил для токарной и фрезерной обработок [1]. Таким образом, перед металлургом была сталь с уникально сильным свойством наклепа [2], значительно большим, чем у обычных сталей с такой же твердостью. График влияния наклепа на твердость (рис. 2) наглядно это показывает. Такие свойства стали Гадфильда основаны на мгновенном переходе аустенита в мартенсит(рис. 3) при наличии большой нагрузки и температуры, что происходит при ударе.
Рис. 2. Влияние наклепа на твердость
Рис. 3. Диаграмма Fe-Mn (13%)-C
Вышеперечисленные свойства оказались применимы во многих отраслях промышленности. А поскольку применение резания и ковки для получения изделий из стали Гадфильда невозможно, детали из этой стали получаются исключительно отливкой или электроэрозионной обработкой.
Чтобы повысить механические свойства, улучшить структуру стали, её подвергают специальной термической обработке – аустенизации, которая состоит в следующем: литые заготовки, собранные в «садку», нагревают выше температуры Т-Т (рис. 3) (1050-1100 °С) для того, чтобы в аустените растворить карбиды, фосфиды, нитриды железа и марганца. Затем эту структуру фиксируют, охлаждая отливки в холодной проточной воде, температура которой не должна превышать 30 °С в процессе всей термической обработки [3].
Высокая вязкость аустенита, износостойкость и низкая твердость стали Гадфильда при большом уровне наклепа начали незаменимо использоваться там, где материал должен выдерживать и поглощать сильные удары без быстрого выхода из строя: начиная с рельсовых крестовин и стрелочных переводов на железнодорожных путях, военной брони, танковых, а далее и тракторных гусениц, щёк и конусов у дробилок, заканчивая тюремными решетками и зубьями и передними стенки для ковша экскаватора, корпусами вихревой и шаровой мельниц и т.д.(рис. 3-6) [1].
Рис. 4. Гусеницы трактора
Рис. 5. Рельсовые крестовины
Рис. 6. Щеки дробилки
Рис. 7. Зубья для ковша
Рис. 4-7. Применение стали Гадфильда
В конечном итоге, к изложенному в этой статье можно сделать вывод: сталь Гадфильда занимает важное место в развитии металлургической промышленности. Дав новый виток в этом развитии, она стала незаменимой. Сталь Гадфильда имеет свойства, которым практически нет аналогов и которые были необходимы многим областям металлопроизводства.
Термическая обработка стали 110Г13Л
Освоение выбора конструктивных материалов для деталей машин и инструмента. Состав, строение материалов и методы придания материалам заданных свойств. Режим термической обработки стали. Влияние легирующих элементов на механические свойства стали.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.01.2014 |
| Размер файла | 187,8 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина
Кафедра металловедения и неметаллических соединений
по курсу: «Материаловедение»
Термическая обработка стали 110Г13Л
студент группы МА-11-07
проф. Бакаева Раиса Дмитриевна
сталь легирующий инструмент термический
2. Сталь 110Г13Л
3. Влияние легирующих элементов на механические свойства стали
4. Легирование марганцем
Целью курсовой работы по технологии конструкционных материалов является освоение выбора конструктивных материалов для деталей машин и инструмента, зная состав, строение материалов и методы придания материалам заданных свойств.
Для изготовления зубьев ковша экскаватора применяется сталь 110Г13Л. Расшифруйте состав и определите группу стали по назначению; объясните назначение введения Mn в эту сталь; назначьте режим термической обработки и опишите структуру после термообработки.
Сталь 110Г13Л (Сталь Гадфильда) относится к износостойким (с высоким сопротивлением износу при больших давлениях или ударных нагрузках) литейным сталям аустенитного класса. Предложена в 1882 году английским металлургом Р. Гадфильдом. Обозначение марки стали в соответствии с ГОСТ 2176--77 (ГОСТ 977-88) -- 110Г13Л. Сталь Гадфильда сильно наклёпывается при ударных нагрузках. Отливки из стали редко подвергаются дополнительной обработке, так как она плохо обрабатывается резанием из-за наклепа поверхности в процессе резания.
Сталь для отливок легированная с особыми свойствами
Сталь обладает высоким сопротивлением к износу при одновременном воздействии высоких давлений или ударных нагрузок.
корпуса вихревых и шаровых мельниц, щеки и конуса дробилок, зубья и передние стенки ковшей экскаваторов, железнодорожные крестовины и др. тяжело нагруженные детали, работающие под действием статических и высоких динамических нагрузок и от которых требуется высокая износостойкость. Cталь аустенитного класса.
J91109, GX120Mn13 и др.
Химический состав (ГОСТ 2167)
Медь (Cu), не более
Никель (Ni), не более
Фосфор (P), не более
Хром (Cr), не более
Сера (S), не более
Буква Л в конце стали обозначает, что она литейная.
Все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал существования его аллотропических модификаций, т. е. сдвигают точки А3 и А4 по температурной шкале. Большинство элементов или повышают точку А4 и снижают точку А3, расширяя тем самым область существования г-модификации или понижают А4 и повышают А3, сужая область существования г-модификации.
Схема диаграмм состояния железо - легирующий элемент [Гуляев А.П. Металловедение стр. 342]
Увеличивает ударную вязкость
Расширяет область аустенита
Сужает область аустенита
Образует устойчивые карбиды
Повышает сопротивление коррозии
Легированные стали применяются очень широко. Их использование обусловлено, как правило, теми свойствами, которые им придают специально добавленные легирующие элементы. Легированные стали, в зависимости от примесей и их количества, имеют различную структуру, определяющую не только их свойства, но также и классификацию легированной стали на различные структурные классы.
По мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в перлитной области возрастает, а температурная область мартенситного превращения снижается. Легированные стали аустенитного класса имеют пониженную температуру распада аустенита - он сохраняется даже при комнатной температуре. Для них увеличение содержания углерода и легирующих элементов обеспечивает сдвиг вправо область перлитного распада, а также снижает мартенситную точку, переводя ее в область отрицательных температур (рис. 1).
Рис. 1. Диаграмма изотермического распада аустенита
Марганец вводят в стали как технологическую добавку для повышения степени их раскисления и устранения вредного влияния серы. Марганец считается технологической примесью, если его содержание, не превышает 0,8% и существенного влияния на свойства стали не оказывает. Если марганца более 1%, то он рассматривается как легирующий элемент.
Высокомарганцовистая аустенитная сталь 110Г13Л, или стали Гадфильда, является наиболее распространенной износостойкой сталью. Выбор марганца обусловлен тем, что марганец увеличивает ударную вязкость, расширяет аустенитную область, способствует раскислению и т.д. Введение его в сталь, дает возможность образования марганцевого аустенита, который обладает высокой способностью к наклепу в процессе холодной пластической деформации. Как правило, отношение Мn:С должно быть не менее 10. Благодаря высокому содержанию углерода и марганца сталь 110Г13Л обладает относительно устойчивой аустенитной структурой. Высокая износостойкость стали 110Г13Л объясняется тем, что в процессе наклепа аустенит в верхнем слое превращается в мартенсит. По мере износа этого слоя, мартенсит образуется в следующем слое и т.д.
Главным достоинством стали 110Г13Л является то, что в ней износостойкость при ударном нагружении сочетается с высокой пластичностью и вязкостью, свойственной аустениту.
Аустенит* - одна из структурных составляющих железоуглеродистых сплавов, твёрдый раствор углерода (до 2%)и легирующих элементов в г- железе. А. получил название по имени английского учёного У. Робертса-Остена (1843--1902). Кристаллическая решётка -- куб с центрированными гранями (Рис. 2). А. немагнитен, плотность его больше, чем других структурных составляющих стали. В углеродистых сталях и чугунах А. устойчив выше 723°C. В процессе охлаждения стали А. превращается в другие структурные составляющие. В железоуглеродистых сплавах, содержащих никель, марганец, хром в значительных количествах, А. может полностью сохраниться после охлаждения до комнатной температуры (например, нержавеющие хромоникелевые стали). В зависимости от состава стали и условий охлаждения А. может сохраниться частично в углеродистых или легированных сталях.
Рис. 2. Гранецентрированная кубическая решетка аустенита
Сталь 110Г13Л применяется для изготовления зубьев ковшей экскаватора и других деталей, работающих при больших давлениях и ударных нагрузках, например: траки гусениц танков, тракторов, машин, щёки дробилок, рельсовые крестовины, стрелочные переводы, работающие в условиях ударных нагрузок и истирания, а также - оконные решетки в тюрьмах, которые невозможно перепилить.
Для получения необходимого комплекса свойств, отливки из стали 110Г13Л подвергают закалке. Производится нагрев до 1050--1100 °С с последующим охлаждением в воде. При этом фиксируется структура аустенита и предотвращается выделение карбидов.
Цель закалки - перевести карбиды в твердый раствор и получить чисто аустенитную структуру, тем самым устранив охрупчивание стали. Перегрев при термической обработке ведет к укрупнению зерна, что понижает вязкость и износостойкость стали. (Рис. 3)
Рис. 3. Схемы структур стали 110Г13Л: а) - после литья - аустенит и карбиды (светлые включения по границам аустенитных зерен); б) - после закалки - аустенит
В исходном состоянии после закалки сталь 110Г13Л (сталь Гадфильда) имеет аустенитную структуру с твердостью 250НВ и высокой вязкостью. Под воздействием динамических нагрузок, под влиянием холодной деформации происходит самоупрочнение стали 110Г13Л до 600НВ.
Закалка* -- вид термической обработки материалов, заключающийся в их нагреве выше критической температуры, с последующим быстрым охлаждением.
1. Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева «Материаловедение»
2. А.П. Гуляев «Металловедение»
3. В.Г. Сорокин «Марочник сталей и сплавов».
Подобные документы
Производство стали в кислородных конвертерах. Легированные стали и сплавы. Структура легированной стали. Классификация и маркировака стали. Влияние легирующих элементов на свойства стали. Термическая и термомеханическая обработка легированной стали.
реферат [22,8 K], добавлен 24.12.2007
Процесс легирования стали и сплавов - повышение предела текучести, ударной вязкости, прокаливаемости, снижение скорости закалки и отпуска. Влияние присадок легирующих элементов на механические, физические и химические свойства инструментальной стали.
курсовая работа [375,9 K], добавлен 08.08.2013
Термическая обработка стали – совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью придания им определённых свойств за счёт изменения внутреннего строения и структуры.
контрольная работа [10,8 K], добавлен 09.02.2004
Механические свойства строительных материалов: твердость материалов, методы ее определения, суть шкалы Мооса. Деформативные свойства материалов. Характеристика чугуна как конструкционного материала. Анализ способов химико-термической обработки стали.
контрольная работа [972,6 K], добавлен 29.03.2012
Влияние легирующих элементов на свойства стали. Состав, свойства и методы термической обработки хромистых сталей с повышенной прочностью и стойкостью против коррозии в агрессивных и окислительных средах. Технологии закалки окалиностойких сильхромов.
Сталь 110Г13Л (сталь Гадфильда)
Цифра 110 в обозначении стали 110Г13Л обозначает среднее содержание углерода в стали сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 1,1%.
Буква Г озгначает, что сталь легирована марганцем, а цифра 13 за буквой указывает среднее содержание марганца в целых единицах, т.е. среднее содержание марганца в стали 13%.
Буква Л в конце марки стали означает, что сталь литейная.
Характеристики и применение
Высокомарганцевая аустенитная сталь 110Г13Л (сталь Гадфильда) разработана специально в качестве литейной и не имеет аналогов среди деформируемых. После закалки в воде с 1100 °C имеет аустенитную структуру и характеризуется сочетанием очень высокой износостойкости и ударной вязкости.
Согласно ГОСТ 977-88 сталь 110Г13Л обладает высоким сопротивлением износу при одновременном воздействии высоких давлений или ударных нагрузок. Применяется для изготовления:
- Корпуса вихревых и шаровых мельниц,
- щеки и конуса дробилок,
- трамвайные и железнодорожные стрелки и крестовины,
- гусеничные траки,
- звездочки,
- зубья и передние стенки ковшей экскаваторов,
- железнодорожные крестовины и др. тяжелонагруженные детали,
- другие детали, работающие на ударный износ
- работающие под действием статических и высоких динамических нагрузок и от которых требуется высокая износостойкость.
Сталь 110Г13Л не применяется для сварных конструкций.
Химический состав, % (ГОСТ 2176-77)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Cu | S | Р |
| не более | |||||||
| 0,90-1,40 | 0,80-1,00 | 11,50-15,00 | 1,00 | 1,00 | — | 0,05 | 0,120 |
Химический состав, % (ГОСТ 977-88)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Cu | S | Р |
| не более | |||||||
| 0,90-1,50 | 0,30-1,00 | 11,50-15,00 | 1,00 | 1,00 | 0,30 | 0,050 | 0,12 |
Химический состав, % (ГОСТ 21357-87)
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Cu | S | Р |
| не более | |||||||
| 0,90-1,20 | 0,40-0,90 | 11,50-14,50 | 0,30 | 0,30 | 0,30 | — | — |
ПРИМЕЧАНИЕ. Для повышения износостойкости отливок из стали 110Г13Л допускается ее микролегирование титаном до 0,05%, ванадием до 0,3%, молибденом до 0,2%.
Рекомендуемые режимы термической обработки (ГОСТ 21357-87)
| Марка стали | Рекомендуемый режим термической обработки | Предел текучести | Временное сопротивление | Относительное удлинение | Относительное сужение | Ударная вязкость | Твердость | |
| KCV(-60) | KCU(-60) | |||||||
| МПа | % | кгс*м/см 2 | НВ | |||||
| 110Г13Л | Закалка с 1050-1100 °С в воде | 400 | 800 | 25 | 35 | 7,0 | — | 190 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Структура стали 110Г13Л после термической обработки должна быть чисто аустенитной.
Механические свойства отливок сечением 30 мм при различных температурах испытания
| σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 , при температуре испытаний, °С | Твердость НВ | ||||
| +20 | -20 | -40 | -60 | -80 | |||||
| 360-380 | 654-830 | 34-53 | 34-43 | 260-350 | 240-320 | 220-300 | 190-300 | 90-210 | 186-229 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 1050-1100 °С в воде.
Предел выносливости
Предел длительной прочности [85]
σ200 1000 = 882 МПа; σ550 1000 = 107 МПа; σ300 1000 = 686 МПа; σ400 1000 = 441 МПа.
Читайте также: