Материал: Материаловедение и технология материалов . лабораторный практикум. Орлов А.С., Рубцова Е.Г

5.Зарисовать диаграмму «железо-цементит», указать все составляющие.

6.Зарисовать схемы основных структур.

7.Построить и проанализировать кривую охлаждения для сплава с определенным содержанием углерода по заданию преподавателя.

Контрольные вопросы

1.Назовите и охарактеризуйте компоненты системы Fe-Fe3C.

2.Назовите и охарактеризуйте фазы системы Fe-Fe3C.

3.Назовите структурные составляющие, условия их образования и охарактеризуйте расположение на диаграмме Fe-Fe3C.

4.В чем отличие эвтектической реакции от эвтектоидной?

5.Как классифицируются стали и чугуны в зависимости от содержания углерода?

6.Какую структуру имеют и как называются сплавы, содержащие 0,04% С? 0,2% С? 0,45% C? 0,8% C? 1,3% C? 2% C? 3% C? 4,3% C? 4,8% C? Назо-

вите структурные составляющие в этих сплавах при комнатной температуре и при 950 С.

7.Опишите превращения при нагреве (охлаждении) доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной стали.

8.Опишите превращения при нагреве (охлаждении) в белых чугунах с различным содержанием углерода.

9.Определите тип железоуглеродистого сплава по микроструктуре образца, укажите положение сплава на диаграмме Fe-Fe3C.

Литература

[1, c. 42-58], [5, c. 63-78], [6, c. 116-128], [7, c. 159-179]

11

Лабораторная работа № 2

КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ

2.1. Цель работы

Изучение микроструктуры железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии, определение марок сталей и чугунов, установление связи между структурой, диаграммой состояния Fe – Fe3C и свойствами сплавов.

2.2.Оборудование, приборы и материалы

1.Металлографический микроскоп МИМ-7.

2.Твердомеры.

3.Набор микрошлифов сталей и чугунов.

2.3.Классификация сталей

Сталью называется сплав железа с углеродом, примесями и легирующими элементами с содержанием углерода до 2,14 %. Стали принято классифицировать по химическому составу, назначению, структуре, качеству, степени раскисления.

По структуре стали делятся на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

По назначению стали делятся на конструкционные (машиностроительные, предназначенные для изготовления деталей машин и механизмов, и строительные, используемые для металлоконструкций и сооружений), инструментальные, специального назначения (жаростойкие, жаропрочные, коррозионностойкие, криогенные, износостойкие и т.д.) (рис. 2.1.)..

По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные. В зависимости от содержания углерода те и другие могут быть низкоуглеродистыми (до 0,25 % С), среднеуглеродистыми (0,3 – 0,6 % С) и высокоуглеродистыми (более 0,7 % С). Легированные стали в зависимости от введенных элементов подразделяют на хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и многие другие. По количеству введенных элементов их подразделяют на низко-, средне- и высоколегированные . В низколегированных сталях количество легирующих элементов не превышает 5 %, в среднелегированных содержится от 5 до 10 %, в высоколегированных – более 10 %.

По качеству стали классифицируют на обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные в зависимости от содержания в них примесей. Под качеством понимают совокупность свойств стали, зависящих от способа ее производства, который определяет количество и

12

размеры примесей, включений, газов. Основным критерием качества стали является содержание в ней серы и фосфора (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Категории сталей по качеству (ГОСТ 380-94, ГОСТ 4543-71)

Сера – вредная примесь, вызывающая красноломкость стали – хрупкость при горячей обработке давлением. Красноломкость связана с наличием сульфидов FeS, которые образуют с железом эвтектику, отличающуюся низкой температурой плавления (988 С) и располагающуюся по границам зерен. При горячей деформации границы зерен оплавляются и сталь хрупко разрушается.

Фосфор – вредная примесь. Он растворяется в феррите, упрочняет его, но вызывает хладноломкость – снижение вязкости по мере понижения температуры. Сильное охрупчивающее действие фосфора выражается в повышении порога хладноломкости. Каждая 0,01 % Р повышает порог хладноломкости на 25 С. Хрупкость стали, вызываемая фосфором, тем выше, чем больше в ней углерода.

СТАЛИ

По степени раскисления и условиям выплавки различают стали спокойные (раскисленные наиболее полно алюминием, кремнием, марганцем – обозначаются «сп»), полуспокойные (раскислены марганцем и кремнием, обозначаются «пс») и кипящие (раскислены только марганцем, обозначаются «кп»). Если раскисленный металл при разливке и кристаллизации не кипит, из него не выделяются газы, его называют спокойным. В том случае, когда проводят неполное раскисление металла, в нем остается значительная доля избыточного кислорода. И при охлаждении во время разливки, и после нее до кристаллизации протекает взаимодействие между растворенным углеродом и кислородом

по схеме: [C] + [O] = {CO} . Пузыри моноокиси углерода, выделяющиеся из металла, перемешивают его. Поверхность металла становится похожей на поверхность кипящей жидкости. Такую сталь называют кипящей.

Если при раскислении из металла удаляют значительную часть избыточного кислорода, то оставшийся кислород вызывает непродолжительное кипение стали. Такую сталь называют полуспокойной.

Ниже приведена схема классификации углеродистых конструкционных сталей (рис. 2.2.).

Углеродистая конструкционная сталь

Рис. 2.2. Классификация углеродистой конструкционной стали

Углеродистую конструкционную сталь обыкновенного качества по ГОСТ 380-94 [8] изготовляют 20 марок химического состава, приведенного в табл. 2.2.

14

Таблица 2.2

Содержание элементов в углеродистых сталях обыкновенного качества, по ГОСТ 380-94, %

Стали маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показы-

вающей номер марки. Степень раскисления обозначают добавлением в спокойных сталях букв «сп», в полуспокойных – «пс», в кипящих – «кп». Например, Ст3сп, Ст3пс, Ст3кп. Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1-Ст6, кипящими – Ст1-Ст4. Сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют.

Три марки стали производят с повышенным (0,80 – 1,1 %) содержанием марганца, на что указывает буква «Г» в марке: Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст5Гпс.

Стали обыкновенного качества поставляют горячекатаными в виде листового, сортового, фасонного проката: прутков, листов, уголков, швеллеров, труб и т.п. Механические свойства горячекатаных сталей регламентирует ГОСТ 535-88 [9].

Прокат подразделяют на три группы (I – III) и шесть категорий (1 – 6). Группа проката оценивает качество поверхности и способ использования проката. Прокат I группы используют без обработки поверхности, II группы – для изготовления деталей обработкой резанием, III группы – для заготовок и деталей, получаемых горячей обработкой давлением. Листовые стали категории «1- 5» поставляют в горячекатаном состоянии, а категории «6» - в упрочненном.

Структура стали обыкновенного качества – феррит + перлит. Чем выше условный номер в марке (Ст0 – Ст6), тем больше в ней углерода и, следовательно, перлита, тем выше ее прочность, но ниже пластичность. Пример условного обозначения проката из стали обыкновенного качества:

что обозначает: «прокат горячекатаный листовой толщиной 5 мм, обычной точности прокатки «В» по ГОСТ 2590-88 марки Ст5пс, категории 1, группы II, для холодной механической обработки резанием.

15