Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Углеродистые конструкционные стали
Широкое применение углеродистых сталей объясняется их относительной дешевизной и удовлетворительными механическими свойствами. Эти стали выпускают обыкновенного качества и качественные. Углеродистые стали обыкновенного качества. Это наиболее дешевые стали, изготавливаемые в виде проката (прутки, листы, швеллеры, трубы и др.) и поковок. Углеродистые стали обыкновенного качества предназначены для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Состав и свойства сталей определяются по ГОСТ 380-94. В зависимости от гарантируемых свойств их поставляют трех групп − А, Б и В. Стали маркируются сочетанием букв Ст, цифрой 0-6, показывающей номер марки, и индексами, указывающими степень раскисления стали ( сп, пс, кп ). Стали группы « А » поставляются с гарантированными механическими свойствами. С увеличением номера марки повышается прочность и снижается пластичность стали. Стали этой группы используют для изделий, производство которых не сопровождается горячей обработкой, а, следовательно, в них сохраняется исходная прочность. Буква « А » в обозначении стали не указывается. Пример обозначения: Ст5сп. Сталь группы « Б » поставляется с гарантированным химическим составом и предназначена для изделий, изготавливаемых с применением горячей деформации или термической обработки. Высокотемпературная обработка приводит к изменению первоначальных механических свойств, а для выбора режимов нагрева необходимо знание содержания углерода. Содержание углерода в стали повышается при увеличении номера стали. Первая буква марки указывает на способ получения стали ( М – мартеновская, К – конверторная). Пример обозначения: МСт5пс. Стали группы « В » поставляются с гарантированными механическими свойствами и химическим составом для производства сварных конструкций. Механические свойства сталей этой группы соответствуют нормам для сталей группы « А », а химический состав − нормам для тех же марок стали группы « Б ». Знание химического состава необходимо для подбора сварочных материалов и режимов сварки, а гарантированные механические свойства стали сохраняются на не нагреваемых участках. Группу стали указывает буква « В » в начале марки стали. Пример обозначения: ВСт4сп. В соответствии с ГОСТ 380-94 стали углеродистые обыкновенного качества на группы не подразделяются и маркируются только в соответствии с содержанием углерода. Углеродистые качественные стали. Эти стали характеризуются более низким содержанием вредных примесей и неметаллических включений. Они поставляются в виде проката, поковок с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Стали маркируются словом « сталь » и двухзначными числами 05, 08, 10, 15, 20. .. 85, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050-74). Спокойные углеродистые качественные стали маркируются без индекса, полуспокойные и кипящие с добавлением соответственно « пс » и « кп ». Например, сталь 20кп. Низкоуглеродистые стали типа: а) 05, 08, 10 − малопрочные, высокопластичные, применяются для холодной штамповки различных изделий; б) 15, 20, 25 − пластичны, хорошо штампуются и свариваются, применяются для изготовления крепежных деталей, втулок, осей, кулачков и др. Низкоуглеродистые стали могут насыщаться на поверхности углеродом (цементация). Среднеуглеродистые стали типа: а) 30, 35, 4 5, 50 имеют повышенную прочность, но меньшую вязкость и пластичность. Применяют эти стали для изготовления небольших валов, шатунов, зубчатых колес и др. Изделия после механической обработки подвергают закалке и высокому отпуску (термическому улучшению). б) 60, 65, 70, 75, 80 и 85 применяют для изготовления рессорно-пружинных изделий.
Углеродистые инструментальные стали Инструментальные углеродистые стали содержат более 0, 7 % С и отличаются высокой твердостью и прочностью. Эти стали делятся на: − качественные (ГОСТ 1437-74): У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13; − высококачественные: У7А, У8А, У13А. Цифры в марке показывают среднее содержание углерода в десятых долях процента. Стали У7, У8, У9 имеют достаточно высокую вязкость и применяются для инструментов, подвергающихся ударам: столярного, слесарного, кузнечного инструмента, матриц, пуансонов и др. Стали У10, У11, У12 применяют для инструмента с высокой твердостью на рабочих гранях (НRС 62-64). Это напильники, пилы, метчики, резцы, калибры и т. д. Сталь У13 используют для инструментов, требующих наиболее высокую твердость: шаберов, гравировального инструмента. Высококачественные стали имеют то же назначение, что и качественные, но из-за большей вязкости их применяют для инструментов с тонкой режущей кромкой.
Микроисследование углеродистой стали
Стали в отожженном состоянии состоят из феррита, цементита, перлита. Структура стали в отожженном состоянии определяется содержанием в ней углерода и характеризуется нижней левой частью диаграммы состояний железо-цементит. Микроструктура технического железа (С < 0, 025 %) − это феррит с незначительным количеством третичного цементита, который обычно располагается по границам зерен основной фазы (рис.7.2, а). Структура доэвтектоидной стали (0, 025 < С < 0, 8 %) после отжига представлена ферритом и перлитом. Фазы в поле микроскопа имеют разную окраску: феррит – светлую, а перлит − темную (рис. 7.2, б). С увеличением в стали содержания углерода количество перлитной фазы будет возрастать, при этом прочность и твердость стали повышаются, а пластичность уменьшается, т. к. в состав перлита входит очень твердая цементитная фаза. Соотношение площадей структурных составляющих доэвтектоидных сталей с достаточной точностью определяет содержание в них углерода (табл. 5.1). Таблица 5.1 Химический и фазовый состав сталей Марка 20 40 60 80 Содержание углерода, % 0, 2 0, 4 0, 6 0, 8 Площадь перлита, % 25 50 75 100 Площадь феррита, % 75 50 25 0 Структура эвтектоидной стали (С = 0, 8 %) после отжига состоит полностью из перлита, который в зависимости от термической обработки может быть пластинчатым (рис. 5.2, в) или зернистым. Твердость и предел прочности на растяжение эвтектоидной стали выше, чем доэвтектоидной, а пластичность ниже. Структура заэвтектоидной стали (С > 0, 8 %) состоит из перлита и вторичного цементита. В зависимости от вида термической обработки вторичный цементит может наблюдаться на микрошлифе в виде светлых, небольших по величине зерен, либо в виде светлой сетки по границам зерен перлита (рис.7.2, г). Количество вторичного цементита в структуре заэвтектоидной стали невелико и увеличивается с увеличением содержания углерода в ней. Наличие в структуре стали цементита приводит к значительному повышению ее твердости и снижению пластичности по сравнению с эвтектоидной сталью. Величина зерна стали − один из важнейших факторов, влияющих на ее свойства. Стали, имеющие мелкие зерна, обычно обладают более высокими механическими свойствами, особенно пластичностью и вязкостью при обычной температуре. С укрупнением зерна понижается ударная вязкость, твердость и другие свойства стали. Величина зерен стали характеризуется соответствующим номером зерна стандартной шкалы ГОСТ 5639 [6].
5.3. Порядок выполнения работы: 1. Начертить стальной уголок диаграммы Fe–Fe3C (метастабильное состояние), построить кривую охлаждения сталей и описать превращения, происходящие при охлаждении сталей с различным содержанием углерода от температур, лежащих выше линии ликвидус. 2. Установить подготовленные микрошлифы с разным содержанием углерода от технического чистого железа до высокоуглеродистой стали (например, армко-железо, сталь 20, сталь 50, сталь У8 и У12 ) на предметный столик металлографического микроскопа, настроенного на заданное увеличение (100х). Настроить микроскоп с помощью макро- и микровинтов и, перемещая предметный столик, рассмотреть различные поверхности микрошлифа. Выбрать область с наиболее четко выраженной микроструктурой. 3. Определить, к какой группе относится каждый образец: − зарисовать рассмотренную под микроскопом микроструктуру щлифа; − указать структурные составляющие. − дать описание микроструктуры; − указать класс стали (доэвтектоидная, эвтектоидная или заэвтектоидная) с его описанием. 4. Изучить микроструктуру отожженных образцов, относящихся к различным группам сталей: доэвтектоидной, эвтектоидной с зернистым и пластинчатым перлитом и заэвтектоидной. 5. Написать марку качественной углеродистой стали, найдя по микроструктуре содержание углерода. Для этого примерно определить в исследуемых доэвтектоидных сталях площадь, занимаемую перлитом (у) и подсчитать примерное содержание углерода (х) методом пропорции: 100 % перлита − 0, 8 % С у % перлита − х % С. 6. Установить зависимость основных механических свойств (НВ, σ в, δ ) от содержания углерода и соотношения фаз: феррита и перлита. 7. Сделать выводы по результатам исследований (задания 2 и 3) о том, как меняется микроструктура стали от содержания углерода. 8. Составить отчет.
5.4. Содержание отчета: 1. Название и цель работы. 2. Диаграмма железо-цементит. 3. Рисунки микроструктур углеродистых сталей и их описание. 4. Расчет содержания углерода по микроструктуре для доэвтектоидных сталей. 5. Выводы.
5.5 Оборудование и материалы: − металлографический микроскоп, настроенный на постоянное увеличение; − диаграмма состояния Fe-Fe3C; − набор подготовленных микрошлифов технического железа и углеродистых сталей с различным содержанием углерода в равновесном состоянии.
5.6. Контрольные вопросы: 1. Какие сплавы называют сталями? 2. Каково содержание углерода в сталях и чугунах? 3. Назовите структурные составляющие доэвтектоидных сталей. 4. Назовите разновидности перлита и особенности свойств. 5. Назовите структурные составляющие заэвтектоидных сталей? 6. Отличаются ли по структуре в равновесном состоянии стали 40 и 60? 7. Сколько углерода содержится в техническом железе и какова его структура? 8. Как изменяются механические свойства доэвтектоидных углеродистых сталей в равновесном состоянии в зависимости от состава и структуры? 9. Как изменяются механические свойства заэвтектоидных углеродистых сталей в равновесном состоянии в зависимости от состава и структуры? 10. Как изменяются прочностные свойства сталей при увеличении содержания углерода в них? 11. Назовите основные легирующие элементы в углеродистых и легированных сталях. 12. На какие виды классифицируют стали по качеству в зависимости от содержания примеси в них? 13. Для изготовления чего используют конструкционные стали? 14. Что обозначают буквы и цифры в марках углеродистых сталей обыкновенного качества? Приведите примеры маркировки. 15. Запишите 2-3 марки углеродистых конструкционных качественных сталей и объясните значение каждого знака. 16. Каким образом маркируют легированные конструкционные стали. Приведите примеры. 17. Какими русскими буквами обозначают легирующие элементы в марках сталей? Приведите примеры. 18. Что означают буквы «А» и «Ш» в конце марок легированных сталей?
Литература Лабораторная работа № 6 Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 2365; Нарушение авторского права страницы