4 Завдання і порядок виконання роботи та оформлення звіту

4.1 Вивчити під мікроскопом і зарисувати в зошит мікроструктури сталей після різних видів хіміко-термічної обробки.

4.2 Заміряти твердість серцевини і поверхневого шару запропонованих зразків після хіміко-термічної обробки. Результати вимірювання занести в таблицю 12.1.

Таблиця 12.1

Вид ХТО	Мікроструктура сталей після ХТО	Твердість серцевини HRC	Твердість поверхневого шару HV

4.3 Дати відповідь на запитання.

5 Контрольні питання

5.1 Які фізико-хімічні процеси лежать в основі хіміко-термічної обробки сталей?

5.2 Якими методами здійснюється ХТО?

5.3 При якій температурі здійснюється цементація, азотування? Чому?

5.4 Чим відрізняються процеси цементації і азотування ?

5.5 За рахунок чого досягається поверхнева твердість про цементації і азотуванні?

5.6 Яка будова дифузійного шару після цементації і азоту­вання? Яка твердість поверхневого шару?

5.7 До якої температури зберігає високу твердість дифузійний шар після цементації і азотування? Чому?

5.8 Які сталі підлягають цементації і азотуванню?

5.9 Яка будова, товщина і властивості дифузійного шару після борування?

5.10 Яка товщина, будова і властивості дифузійного шару після хромування?

5.11 Яку задачу виробники вирішують шляхом хіміко-термічної обробки ?

Робота №13

Вивчення структури і властивостей легованих сталей

1 Мета роботи

1.1 Ознайомитись з мікроструктурою легованих сталей різних класів.

1.2 Надбати навики в оцінці сталі за призначенням, хімічним складом, структурою, властивостями та умінні назначити термічну обробку.

2 Технічні засоби навчання

2.1 Металомікроскоп.

2.2 Комплект зразків легованих сталей.

2.3 Альбом мікроструктур.

2.4 Довідниковий матеріал (таблиці, плакати).

3 Методичні вказівки до самостійної роботи

Опрацювати матеріал за підручником і конспектом лекцій з матеріалознавства із розділу “Леговані сталі”. Звернути увагу на вплив легуючих елементів на положення критичних точок на діаграмі стану Fe-C та діаграмі ізотермічного розпаду аустеніту. Вивчити класифікацію легованих сталей і їх маркування.

Легуючі елементи по різному впливають на положення критичних точок заліза. На рисунку 13.1. схематично показа­но вплив легуючих елементів на положення критичних точок А₁, А₃, А₄. Як видно із схеми , при певній концентрації того чи іншого елементу у сталі зникають поліморфні перетворення і фіксується або феритний (рисунок 13.1.б) ,або аустенітний (рисунок 13.1.а) стан від кімнатної до температури плавлення. Такі сталі утворюють клас відповідно феритний і аустенітний.

Слід також уяснити природну здатність легуючих елементів взаємодіяти з вуглецем. Їх ділять на дві групи:

- елементи, що не утворюють в сталі карбідів (вони розмі­щені справа від заліза в періодичній системі елементів) – це Al, Si, Co, Cu. Ці елементи утворюють тверді розчини заміщення в кристалічній гратці заліза, тобто легують ферит, аустеніт;

- карбідоутворюючі елементи – Ti, V, Cr, Mn, Zr, Nb, W, Mo, Ta. Вони розміщені зліва від заліза в періодичній системі елементів. Вони також можуть розчинятись в карбідах інших елементів, або утворювати складні карбіди, які характеризуються високою стійкістю і дуже погано розчиняються в аустеніті навіть при високих температурах. Якщо карбід в сталі утворився безпосередньо із рідкого стану в процесі кристалізації, то такий карбід називають первинним. Наявність в сталях первинних карбідів об’єднує ці сталі в карбідний клас. Це сталі, які в достатній концентрації леговані тугоплавкими елементами (W, Zr, Nb, Mo, Hf).

Рисунок 13.1 – Схема впливу легуючого елемента на положення критичних точок в легованих сталях

Отже, за структурою у відпаленому стані леговані сталі діляться на:

а) доевтектоїдні, із структурою ферит легований і евтектоїд (Флег.+Евтд.). Як приклад, це сталі 40Х, 20ХНЗА, 18ХГТ;

б) евтектоїдні, із структурою евтектоїда (евтд.). Наприклад, сталь 6Х2С.

в)заевтектоїдні, із структурою евтектоїда і вторинних карбідів (Евтд.+К_ІІ ). Сталі 9ХС, ХВГ, ШХ15;

г)ледебуритні (або ж карбідні) із структурою евтектоїду, первинних і вторинних карбідів (Евтд.+К_І+К_ІІ). Сталі Х12М, Р18, Р6М5;

д) аустенітні, із структурою легованого аустеніту (Алег.). Це сталі 10Х18Н10Т, Г13;

е) феритні, із структурою ферит легований (Флег.). Це низьковуглецеві сталі із високим вмістом елементів, які розширюють область існування фериту. Це сталі леговані хромом 12Х17, 15Х25, 15Х25Т.

А за структурою у нормалізованому стані (гартування на повітрі) леговані сталі діляться на :

а) перлітні;

б) мартенситні;

в) аустенітні;

За призначенням леговані сталі діляться на:

а) конструкційні;

б) інструментальні;

в) з особливими фізико-хімічними властивостями (маг­нітні, нержавіючі, жаростійкі, жароміцні, зносостійкі і т.д.).

За хімічним складом класифікуються в залежності від легуючого елементу:

а) нікелеві;

б) хромисті;

в) хромонікелеві;

г) хромонікельмолібденові і т.д.

За ступенем легованості:

а) низьколеговані (сумарний вміст легуючих елементів менше 3%);

б) середньолеговані (із сумарним вмістом легуючих елементів від 3 до 15%);

в) високолеговані (із сумарним вмістом легуючих еле­ментів від 15 до 50%).

При сумарному вмісті легуючих елементів більше 50% - їх називають сплавами.

Також слід звернути увагу на те, що практично усі легуючі елементи затримують розпад аустеніту. А це на діаграмі його ізотермічного розпаду відзначається як зміщення С-подібних кривих вправо. Тобто при меншій швидкості охолодження можна отримати мартенситну структуру, як це видно на рисунку 13.2.

Рисунок 13.2 – Вплив легуючих елементів на критичну швидкість охолодження

Маркування легованих сталей проводять набором цифр і літер. За ГОСТ 5632-72 легуючі елементи в сталях позначаються літерами:

Х - хром;

С - кремній;

П - фосфор;

К – кобальт;

Д – мідь;

В – вольфрам;

М – молібден;

Р – бор;

Т – титан;

Н – нікель;

Б – ніобій;

Ф – ванадій;

Г – марганець;

Ц – цирконій;

Ю – алюміній;

Ч – рідкозамельні метали;

А – азот.

Цифрами позначають середній вміст легуючого елементу в сталі. Цифра яка стоїть попереду означає вміст вуглецю в сотих долях (для конструкційних сталей) або в десятих долях (для інструментальних сталей). Цифра, яка стоїть після літери, яка означає легуючий елемент, вказує на середній вміст його в сталі в цілих процентах. Відсутність цифри говорить за те, що вміст легуючого елементу є в межах одного процента, Наприклад , Х12М. Тут вміст вуглецю і молібдену знаходиться в межах 1 %, а хрому міститься 12%.