Последовательность выполнения работы

Произвести измерение твердости образцов из углеродистой стали в состоянии отжига по методу Роквелла вдавливанием стального шарика диаметром 1,588 мм.

Данные измерения занести в таблицу, при этом данные измерения твердости на приборе Рокаелла перевести в единицы шкапы Бринелля.

Перед измерением твердости следует зачистить две параллельные стороны образцов абразивной шкуркой.

По данным твердости по справочнику установить марку углеродистых сталей, из которых были изготовлены образцы, а также значения предела прочности на растяжение и относительного удлинения (табл.1.1). Эти данные оформить в виде таблицы.

Таблица 1.1

Механические свойства качественных углеродистых сталей после отжига (ориентировочно)

Марка стали по ГОСТ 1050-74	HRB	HB	в ,МПа (кгс/мм2)	, %	ан , Дж/см2 (кгс м/см2)
08	48	90	290(29)	40
10	56	101	300(30)	33
15	61	110	360(36)	29
20	69	126	420(42)	25
25	76	140	460(46)	23	90(9)
30	80	149	500(50)	21	80(8)
35	82	157	540(54)	20	70(7)
40	91	187	580(58)	19	60(6)
45	93	197	610(61)	16	50(5)
50	95	207	640(64)	14	40(4)
55	96	217	660(66)	13
60	97	229	690(69)	12
65	98	235	710(71)	10
70	99	239	730(73)	9
75	100	241	1100(110)	7
80		245	1150(115)	6
85		225	1100(110)	6

На основе табличных данных построить графики зависимости предела прочности, относи-тельного удлинения и твердости стали от содержания углерода, проанализировать их и сделать выводы о влиянии содержания основного компонента углерода на механические свойства углеродистых сталей.

Содержание отчета

1. Краткие сведения о методах измерения твердости стелей.

2, Данные измерений, а также значения предела прочности и относительного удлинения для каждой марки обравцов из углеродистой

стали а виде таблицы.

3. Графики зависимости от содержания углерода предела прочности при растяжении, относительного удлинения и твердости для углеродистой отали.

4. Анализ грзфиков и выводы о влиянии химического состава на механические свойства углеродистой стали.

6. Значение испытания стальных образцов на твердость.

Литература: [1. с.145-І48; 2, с.70-76; 3, с.8-10] .

Лабораторная работа №2

ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ СТАЛИ И ЧУГУНА

В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

Цель работы: ознакомиться со структурой и свойствами углеродистой стали и чугуна в равновесном состоянии (т.е. после отжига), а также приобрести навыки металлографического исследования материалов.

Общие сведения

Структура стали в равновесном состоянии определяют содержанием углерода. При этом необходимо учитывать, что с увеличением содержания углерода в стали структура изменяется,следующим образом. Структура стали с минимальным содержанием углерода (технически чистое железо) имеет зернистое (полиэдрическое) строение.

В структуре литой, или перегретой среднеуглеродистой стали наблюдаются пластинчатые выделения феррита в перлите (видманштеттовая структура). В таких же сталях выделяется и феррит по границам зерен перлита.

Незначительное увеличение содержания углерода, даже сотых долей процента, вследствие его незначительной растворимости в λ – железе (до 0,006 % при 20 ^ОС) вызывает образование второй фазы – цементита. При содержании углерода примерно до 0,026 % цементит присутствует в структуре в виде относительно небольших количеств третичного цементита, выделяющегося из феррита при охлаждении вследствие уменьшения растворимости углерода в λ – железе. Третичный цементит располагается главным по границам зерен феррита, что понижает пластичность и вязкость стали.

Увеличение содержания углерода сверх 0,026% вызывает образование перлита – двухфазной структуры (эвтектоида), представляющей собой механическую смесь (феррит + цементит) с суммарным содержанием углерода 0,08 %. При этом в стали с содержанием углерода до 0,1 ~ 0,15 % еще сохраняются включения третичного цементита. Количество перлита возрастает пропорционально увеличению содержания углерода и соответственно уменьшается количество избыточного феррита. Перлит как двухфазная структура при воздействии реактива (например раствора азотной кислоты) на микрошлиф травится интенсивнее, чем феррит. Поэтому при рассмотрении под микроскопом можно увидеть, что перлит имеет вид темных включений неоднородного строения. Вследствие значительной диспарсности строение перлита можно отчетливо различать только при сравнительно больших увеличениях – более в 500 раз. Строение тонкопластинчатого перлита отчетливо различается в электронном микроскопе.

Необходимо иметь в виду, что в стали перлит в большинстве случаев имеет пластинчатое строение; темные пластинки, видимые в перлите, представляют собой тени, отбрасываемые на участии феррита выступающими после травления участками (пластинками) цементита. Перлит может иметь также зернистое строение. Сталь о такой структурой перлита отличается лучшей пластичностью и обрабатываемостью резанием. Ее стараются получить особенно в заэвтектоидной стали. Морфология перлита в доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях определяется условиями выполнения отжига.

В заэвтектоидной стали основной структурной составляющей является перлит. Наряду с перлитом присутствует и вторичный цементит, выделяющийся из аустенита при охлаждении вследствие уменьшения растворимости углерода в γ – железе, как это указано линией ЕС диаграммы (рис.2.1.). При правильном выполнении теплового режима предшествовавшей обработки (прокатки, ковки, отжига) вторичный цементит присутствует в виде мелких зерен, сравнительно равномерно распределенных в основной массе перлита. Возможно также выделение вторичного цементита в виде сетки по границам зерен перлита. Оно происходит в результате окончания горячей обработки при излишке высокой температуре или выполнения отжига с нагревом выше точки А_ст (вместо нагрева на 50-70 ^ОС выше А₁) и является значительным дефектом заэвтектоидной стали, ухудшающим ее прочность и вязкость.

Рис.2.1.Диаграмма состояния сплавов железо-цементит

По микроструктуре доэвтектоидной углеродистой стали в равновесном (отожженном) состоянии можно определить содержание углерода следующим образом. Структура такой стали – феррит и перлит. Содержание углерода в феррите из-за незначительности этой величины (0,006 %) не учитывают и считают, что весь углерод находится в перлите. Известно, что перлит содержит 0,80 % С; поэтому, если известно количество перлита в общей массе металла, то, постольку плотности феррита и перлита бзизки, можно определить содержание углерода в стали умножением относительной площади (в процентах), занимаемой перлитом на просматриваемом поле шлифа, на 0,8.