загрузка...
загрузка...
На головну

Вивчення структури і властивостей вуглецевих сталей в рівноважному стані

  1. I. ВАРІАЦІЇ забарвлення і СТРУКТУРИ ШЕРСТІ
  2. I.I. Компоненти залізовуглецевих сплавів і їх взаємодія
  3. II етап. Установка властивостей об'єктів
  4. III. Аналіз результатів психологічного аналізу 1 і 2 періодів діяльності привів до наступного розуміння узагальненої структури стану психологічної готовності.
  5. III. Психічні властивості особистості - типові для даної людини особливості його психіки, особливості реалізації його психічних процесів.
  6. WIDTH - властивість встановлює ширину блоку;
  7. XI. Пристосування ТА ІНШІ ЕЛЕМЕНТИ, властивості. Здібностей та обдарувань АРТИСТА

Мета роботи:вивчення мікроструктури вуглецевих сталей в рівноважному стані, визначення марки сталей, встановлення зв'язку між структурою стали, діаграмою стану Fe-Fe3C і властивостями сталей.

Прилади й устаткування: набір мікрошліфів в лабораторної колекції відпалених вуглецевих сталей, металографічні мікроскопи, твердомери Роквелла.

Рівноважний стан сплаву досягається при дуже повільному охолодженні, при якому всі фазові перетворення закінчилися і описуються відповідною діаграмою рівноваги.

Рівноважні структури сталей і перетворення в них описуються діаграмою стану «залізо-цементит». Припустимо вважати, що рівноважні структури в сталях формуються при охолодженні разом з виключеною піччю (рис. 30).

У сплавах заліза з вуглецем існують такі фази.

Рідина (рідкий розчин вуглецю в залозі), існуюча вище лінії ліквідусу.

Цементит (Ц) - хімічна сполука заліза з вуглецем - карбід заліза Fe3C. У цементі міститься 6,67% С, він має складну ромбічну грати. Цементит твердий (НВ 800) і крихкий (d = 0), міцність його на розтягнення дуже мала (dв = 40 МПА), tпл = 1250 ° С. Цементит - фаза метастабільна (тимчасово стійка), при t > 950 ° С за кілька годин розпадається НЕ залізо і графіт.

Аустеніт (А) - твердий розчин впровадження вуглецю в g-залозі. Кристалічна решітка - гранецентрированная кубічна (ГЦК). Максимальна розчинність вуглецю в ньому 2,14% при t = 1147 ° С. Аустеніт немагнітний.

Ферит (Ф) - твердий розчин впровадження вуглецю в a-залізі. Кристалічна решітка - об'ємно-центрована кубічна. Максимальна розчинність вуглецю в ньому 0,02% при t = 727 ° С. Ферит м'який і пластичний. При кімнатній температурі ферит має sв = 250 МПа; НВ 60-90 (600-900 МПа); sт = 120 МПа; d = 40-50%;

j = 75%.

Перліт (П) - механічна суміш (евтектоїдна) фериту і цементиту. Перліт містить 0,8% вуглецю і утворюється при t = 727 ° С в результаті розпаду аустеніту по евтектоїдной реакції (39):

 (39)

Залежно від форми частинок цементиту перліт буває пластинчастим і зернистим. Пластинчастий перліт має sв = 800 МПа; НВ 230; dв = 9-12%; у зернистого перліту sв = 700 МПа; НВ 190; dв = 18 - 25%.

Мал. 30. Діаграма стану "залізо-цементит»

Сплави з вмістом вуглецю від 0,02 до 2,14% є сталями.

Сплави з вмістом вуглецю менш 0,02% є технічним залізом. Технічне залізо, як видно з діаграми стану Fe-Fe3C може бути однофазним (Ф) або двофазним (Ф + ЦIII). Цементит третинний (ЦIII) Розташовується у вигляді тонких включень по межах зерен фериту (рис. 31).

Стали в рівноважному (отожженном) стані підрозділяються на доевтектоїдних, евтектоїдних і заевтектоідние.

Доевтектоїдних стали містять від 0,02% до 0,8% вуглецю. Структура їх складається з фериту (світлі зерна) і перліту (темні зерна). Зі збільшенням вмісту вуглецю збільшується кількість зерен перліту, а фериту зменшується (див. Рис. 31).

Евтектоїдних сталь містить 0,8% вуглецю. Структура її складається тільки з перліту (П). Будова перліту помітно при відносно великих збільшеннях (? 600). При поліровці і травленні шлифа на його поверхні створюється рельєфність. Тверді, малотравящіеся пластинки цементиту виступають над Феритний і затінюють їх і, крім того, через підвищену переслідувані фериту, він виглядає тьмяним темним (див. Рис. 31).

Заевтектоідние стали містять від 0,8 до 2,14% вуглецю. Структура їх складається з перліту і цементиту вторинного (П + ЦП).

Цементит вторинний, виділяючись з аустеніту при повільному охолодженні, утворюється більш-менш суцільну сітку, розташовану на межі перлитових ділянок. Товщина сітки збільшується з підвищенням вмісту вуглецю в сталі (див. Рис. 31).

Мал. 31. Мікроструктури сталей з різним вмістом вуглецю:

1 - сталь Ст3 (0,17% С); 2 - Сталь 35 (0,35% С); 3 - Сталь У8 (0,8% С);

4 - Сталь У10 (1% С)

Властивості вуглецевих сталей залежать від вмісту в ній вуглецю. У міру збільшення вмісту вуглецю зростає масова частка цементиту в сталях і зменшується частка фериту. Це призводить до підвищення твердості і міцності стали, але знижує її пластичність (рис. 32).

Мал. 32. Залежність механічних властивостей стали від вмісту в ній

вуглецю

Змінюються фізичні і технологічні властивості. До технологічних властивостей сталей відносяться свариваемость, різанням і тиском, стійкість до зношування, сприйнятливість до загартування, стійкість до відпустки та ін.

Наприклад, стали з вмістом вуглецю до 0,37% добре зварюються, при підвищенні вмісту вуглецю зварюваність погіршується. Стійкість сталей до зношування, навпаки, зростає при збільшенні вмісту вуглецю.

За структурою стали, що знаходиться в стані рівноваги за допомогою мікроскопа можна визначити вміст у ній вуглецю. Практично весь вуглець стали знаходиться в перлиті, в фериті при кімнатній температурі вуглецю дуже мало (10-7%). Визначається площа поверхні мікрошліфа стали, зайнята перліту. Наприклад, вона становить 50%. Знаючи, що в перлиті 0,8% вуглецю, складається пропорція і визначається зміст вуглецю:

100% П - 0,8% С

50% П - x% С

x = 0,8 · 50/100 = 0,4% З

За ГОСТ 1050-89 сталь містить 0,4% С, є якісної конструкційної марки 40.

При визначенні змісту вуглецю в заевтектоідной стали встановлюють площі поверхні шліфа, зайнятих перліту і цементитом вторинним. Потім визначається зміст вуглецю в перліті і цементиті. Сума отриманих результатів є вмістом вуглецю.

Вуглецеві сталі відносяться до числа найбільш поширених конструкційних матеріалів. Обсяг виробництва досягає 80% від загальної виплавки сталі. Переваги цих сталей є задовільні механічні властивості в поєднанні з технологічністю і низькою вартістю. До головних недоліків вуглецевих сталей відносяться висока критична швидкість загартування, невелика прокаліваемость (до 15 мм), невисока стійкість до відпустки.

З огляду на властивості сталей і вимоги до них, вуглецеві сталі за призначенням поділяються на

- Будівельні, містять до 0,37% С;

- Машинобудівні або конструкційні, що містять до

0,85% С, які в залежності від остаточної термічної обробки підрозділяються на цементуемие (0,3%), покращувані (0,3-0,5%) і середньо-відпущені або рессорно-пружинні (0,5-0,85 %);

- Інструментальні вуглецеві стали, містять від 0,7 до

1,3% С.

В значній мірі властивості вуглецевих сталей, а, отже, і області їх застосування залежать від вмісту в них шкідливих домішок сірки, фосфору, неметалевих включень, газів. Чим менше їх в стали, тим вище її якість. Відповідно вуглецеві стали діляться на сталі звичайної якості, якісні, високоякісні і особливо високоякісні.

Стали звичайного якості (ГОСТ 380-2005) містять значну кількість шкідливих домішок, до 0,07% фосфору, 0,06% сірки. Зміст вуглецю в них 0,06-0,49, в рівноважному стані вони мають ферито-перлітною структуру. Стали звичайного якості випускають переважно у вигляді різних профілів, листів, дроту.

Маркуються сталі звичайної якості літерами «Ст» і цифрами, що показують умовний номер марки. Чим більше умовний номер стали, тим більше вміст вуглецю і перліту в ній і тим вище її міцність.

Вуглецеву сталь звичайної якості виготовляють наступних марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3кп, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп.

Вуглецеві сталі звичайної якості застосовуються для виготовлення ненавантажених деталей машин і механізмів, кріпильних деталей. Стали Ст5 і Ст6 призначені для виготовлення рейок, залізничних коліс, валів, шківів та інших деталей вантажопідйомних і сільськогосподарських машин.

Букви кп, пс, сп, які стоять за цифрою вказують ступінь розкислення стали (кипляча, полуспокойная, спокійна). З спокійною стали найбільш повно видалений кисень, вони надійно експлуатуються при температурах до -50 ° С.

Стали якісні конструкційні (ГОСТ 1050-89) містять не більше 0,035% фосфору, не більше 0,04% сірки. Вуглецю в них 0,05-0,85%. Випускаються наступні марки: 05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 15кп, 15пс, 15, 20кп, 20пс, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85.

Двозначні числа в марці показують вміст вуглецю в сотих частках відсотка. За змістом вуглецю їх підрозділяють на маловуглецеві (0,05-0,25% С), середньовуглецеві (0,25-0,6%), високовуглецеві (0,6-0,85%). Стали 05кп, 08кп, 08, 10 йдуть на виготовлення деталей складної конфігурації методом холодного штампування (кузова автомобілів, корпуси, кожухи, резервуари, ємності, труби середньої міцності і ін.). З сталей 15, 15кп, 20 виготовляють болти, гайки, гвинти, шпильки, пальці, осі, гаки та інші деталі невідповідального призначення. Часто деталі з цих сталей піддають поверхневому зміцненню цементацией або ціанування. Стали 30, 35, 40, 45 використовуються для виготовлення осей, колінчастих валів, шатунів, втулок, гвинтів, шайб і ін. Стали з підвищеним вмістом вуглецю і марганцю (65, 70, 80, 60Г, 65Г, 70Г) застосовуються в якості рессорно пружина. З стали 75 виготовляють кранові колеса, зі сталі 85 впускні клапани компресорів.

Для виготовлення обробкою різанням на верстатах-автоматах деталей масового виробництва (гвинти, гайки, болти, шпильки, зубчасті колеса) застосовують сталі з підвищеним вмістом сірки (до 0,3%), фосфору (до 0,16%) і часто марганцю (до 1,5%). Такі стали називаються автоматними. Вони добре обробляються різанням внаслідок утворення ламкою та дрібної стружки. Відповідно до ГОСТ 1414-75 автоматні стали маркують А11, А12, А20, А30, А40Г. в позначенні марки буква А вказує, що сталь автоматна, цифри показують вміст вуглецю в сотих частках відсотка. Поліпшення оброблюваності різанням досягається введенням в сталь свинцю (АС11, АС40).

Вуглецеві інструментальні сталі (ГОСТ 1435-74) випускаються якісними (У7-У13) або високоякісними (У7А-У13А, вміст сірки не більше 0,02%, фосфору <0,03%). В марці буква У показує, що сталь вуглецева інструментальна, а цифра показує вміст вуглецю в десятих частках відсотка, буква А в кінці марки показує, що сталь високоякісна.

Найбільш пластичні з названих сталей (доевтектоїдних У7, У7А, евтектоїдна У8, У8А) йдуть на виробництво молотків, стамесок, зубил, штампів та іншого інструменту, що працює в умовах ударних навантажень.

З сталей У10, У11, У11А виготовляють різці, свердла, мітчики, фрези та інший вимірювальний і ріжучий інструмент для різання дерева, м'яких матеріалів, з сталей У12, У13, У13А - твердий, який працює без ударних навантажень інструмент (напилки, рашпілі, бритви) .




Співвідношення діаметрів кульки і навантаження при випробуванні металів за методом Брінелля | Практика визначення твердості по Брінеллю | Межі вимірювання твердості | Практика визначення твердості по Роквеллу | Порядок виконання роботи | Механічні випробування металів | Стандартні розміри зразків | Рекристалізації на структуру і властивості стали | Порядок виконання роботи | сплавів |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати