6.7.Критерии оценки работы обучающихся
Определяются в соответствии с рейтинговой системой оценки знаний студентов, в зависимости от направления подготовки.
6.8. Список литературы
6.8.1. Бондаренко Г.Г. Материаловедение: учеб/ Г.Г. Бондаренко, Т.А. Кабанова, В.В. Рыбалко; под ред. Г.Г. Бондаренко. – М.: Высш. шк.,2007. – 360с.: ил.
6.8.2. Лахтин Ю.М., Материаловедение Текст: учебник для вузов / Ю.М.Лахтин, В.П.Леонтьева,- 4-е изд., перераб – М.: Альянс, 2009.-527с.
6.8.3. Ржевская С.В. Материаловедение: Учеб. для вузов.–3-е изд., перераб. и доп.– М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2005.- 456с. - с.197-204.
6.8.4. ГОСТ 1412-85. Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки.
6.8.5. ГОСТ 7293-85. Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки.
Лабораторная (практическая) работа №7
Микроструктура углеродистой стали
7.1. Цель работы
7.1.1. Изучение маркировки и классификации сталей.
7.1.2. Изучение влияния содержания углерода и примесей на свойства сталей.
7.1.3. Сопоставление микроструктуры углеродистых сталей в равновесном состоянии.
7.2. Основные теоретические сведения
Отожженное (равновесное) состояние достигается только при медленном охлаждении, обеспечивающем полное завершение всех фазовых превращений согласно диаграмме состояния железо-цементит. Поэтому ее знание необходимо для успешного изучения микроструктуры углеродистой стали в отожженном состоянии.
При нормальной (комнатной) температуре сталь состоит из следующих фаз - феррита и цементита, образующих однофазные - феррит и цементит и двухфазную структурную составляющую - перлит.
Сталью называют сплавы железа с углеродом и другими элементами, содержащие менее 2,14%С и постоянные примеси попадающих в сталь при выплавке.
Исходными материалами для получения стали служат: передельный чугун, стальной лом и ферросплавы. Основная задача передела чугуна в сталь состоит в удалении избытка углерода и примесей с помощью окислительных процессов, протекающих в сталеплавильных агрегатах.
Примерно 80 % от всего объема выплавляемой стали составляют углеродистые стали, а оставшиеся 20 % - это стали легированные.
Сталь - основной материал, широко применяемый в машино- и приборостроении, строительстве, а также для изготовления различных инструментов. Сталь обладает ценными механическими, физико-химическими и технологическими свойствами.
7.2.1. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей
Постоянными примесями в стали считают:
полезные - марганец, кремний (попавшие в сталь при раскислении);
вредные - фосфор, серу, а также газы (водород, азот, кислород).
Влияние содержания углерода на основные механические свойства стали показано на рис. 7.1. Увеличение содержания углерода приводит к повышению прочности и понижению пластичности.
Увеличение содержания углерода сверх 0,4% и уменьшение ниже 0,3% приводят к ухудшению обрабатываемости резанием. Увеличение содержания углерода снижает технологическую пластичность стали при горячей и (в особенности) при холодной обработке давлением и ухудшает ее свариваемость - способность материалов образовывать неразъемные соединения с заданными свойствами. Увеличение содержания углерода повышает температуру порога хладноломкости (это температурный интервал перехода стали в хрупкое состояние) в среднем на 20°С на каждые 0,1% углерода.
Рис.7.1. Влияние содержание углерода на механические свойства стали
Сера является вредной примесью в стали, содержание ее в зависимости от качества стали не должно превышать 0,05%. Сера нерастворима в железе. С железом она образует химическое соединение - сульфид железа (FеS), плавящиеся при 988 С. Это явление называют красноломкостью и может проявляться при ковке или прокатке стали, с возникновением надрывов и трещин. Вредное влияние серы нейтрализуют введением марганца. Сера снижает пластичность, ударную вязкость и предел выносливости, ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость.
Фосфор является вредной примесью в стали, и содержание его в зависимости от качества стали не должно превышать 0,08%. Растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает и уплотняет его кристаллическую решетку. При этом увеличиваются пределы прочности и текучести сплава, но уменьшаются его пластичность и вязкость. Фосфор значительно повышает порог хладноломкости стали и увеличивает склонность сплава к ликвации. Однако фосфор повышает обрабатываемость резанием и в присутствии меди повышает сопротивление коррозии.
Газы (азот, водород, кислород) частично растворены в стали и присутствуют в виде хрупких неметаллических включений - оксидов и нитридов - меньше 0,008%. Примеси, концентрируясь по границам зерен в виде нитридов и оксидов, повышают порог хладноломкости, понижают предел выносливости и сопротивление хрупкому разрушению. Так, хрупкие оксиды при горячей обработке стали давлением не деформируются, а крошатся и разрыхляют металл.