3. Гост 1215-79. «Отливки из ковкого чугуна. Общие технические условия».

4. Гост 1585-85. «Чугун антифрикционный для отливок. Марки».

5. Гост 7293-85. «Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки».

Приложение № 5.1.

Форма отчета

ГУМРФ им.адм. С.О. Макарова

Кафедра технической эксплуатации флота

Лабораторная работа № 5

по курсу «Материаловедения и технологии конструкционных материалов» для спец. ЭСЭУ

Тема: «Изучение структуры и свойств конструкционных чугунов»

Выполнил _________________________________________№ уч. группы или шифр_______________

Подпись__________________Дата__________

Проверил________________Дата________

Цель работы– изучение структуры, свойств, маркировки и применения конструкционных чугунов в судостроении.

Оборудование:

- металломикроскопы МИМ-6, ЕС МЕТАМ РВ-22,

-.нетравленые и травленые микрошлифы образцов чугуна

- атлас микроструктур, плакаты, ГОСТы РФ.

1. Получение чугунов. Состав шихты.

2. Типовой химический состав чугуна. Постоянные примеси.

3. Общая классификация чугунов (белые, серые, конструкционные, передельные, легированные и др.)

- по фазовому составу: …..

- по назначению: ….

- по химическому составу: ….

- по форме зерен графита: …

4. Фазы и структура конструкционных чугунов.

Графит – аллотропная модификация углерода. Свойства: цвет.., плотность … кг/м³), предел прочности при растяжении …, НВ 3-5 ед, относительное удлинение 0,2 % (см. п.4 описания лаб. работы № 4).

Перлит – …(см. п.5 описания лаб. работы № 4). σ_в = … МПа.

Феррит – твердый раствор…. Почти чистое железо, так как при 20 градусах по Цельсию содержит (растворяет) не более… % углерода. Предел прочности при растяжении σ_в = … МПа.

Цементит – карбид железа…. Очень твердое вещество − НВ… ед. (у алмаза НВ1000 ед.).

Фазы перлит и феррит образуют металлическую основу конструкционного чугуна

Форма зерен графита может быть пластинчатой (скобки), хлопьевидной и шарообразной (глобулярной), что оказывает влияние на свойства материала (СТРУКТУРА – третий базовый фактор). Поэтому различают, соответственно, серый чугун (СЧ), ковкий (КЧ) и высокопрочный (ВЧ).

Примеры марок: СЧ 15. Число означает …, т.е. … = … МПа.

КЧ 37-12. Первое число показывает …., т.е. … = … МПа, а второе число… = ….

ВЧ 60. Число показывает …., т.е. … = … МПа.

5. Изучение структуры чугунов с использованием металло-микроскопов.

Получить у преподавателя пронумерованные микрошлифы конструкционных чугунов разных

марок. Для каждого микрошлифа:

- используя металломикроскоп последовательно рассмотреть их структуры;

- сделать для каждого шлифа эскизы с обозначением фаз;

- найти аналогию в Атласе структур и сравнить с видимой в окуляре микроскопа;

- используя соответствующий ГОСТ выписать показатели механических свойств

исследуемой марки и область применения.

Шлифы №№ 34-а и 34-б (нетравленые). СЧ на ферритной основе.

Замечание по шлифу №34-б. Здесь зерна графита более мелкие, т.к. он модифицированный.

Шлиф №35.СЧ на ферритно-перлитной основе.

Марка по ГОСТ 1412-85: СЧ 30., σ_в = … МПа, НВ… ед.

Применение: цилиндры, корпуса насосов.

Шлиф №36.

Серый чугун перлитный. Марка по ГОСТ 1412-85 СЧ 35. σ_в = … МПа, НВ… ед.

Применение: поршневые кольца, дейдвудные трубы, дельные вещи, гребные винты мелких судов.

Шлиф №37.

Ковкий чугун ферритный. Марка по ГОСТ 1215-79: КЧ33-8. σ_в = МПа, δ = %, НВ ед.

Применение: фланцы, муфты, гайки, вентили др.

Шлиф №38.

Высокопрочный чугун ферритный ВЧ 45 (ГОСТ 7293-85). σ_в = МПа, НВ ед., δ =

Применение: шестерни, корпуса турбин, гильзы, коленчатые валы и проч.

6. Получение структуры КЧ отжигом отливок.

Отливки из белого чугуна загружаются в печь и нагреваются до 950...1050 градусов. В результате выдержки при этой температуре в течение 2-3 и более суток цементит превращается в аустенит с образованием хлопьевидного графита. На второй стадии отжига при 720…760 градусах происходят аустенитно-перлитное превращение и распад цементита, входящего в перлит, с образованием хлопьев графита. Процесс называется томлением.

График отжига отливок для получения структуры ковкого чугуна (схема)

7. Плюсы (положительные свойства) конструкционных чугунов:

-

-

-

-

-

Негативные стороны чугуна как КМ:

-

-

-

Примечания.

- СЧ, КЧ, ВЧ – серые (не белые) чугуны.

- При контакте с морской водой происходит ОГРАФИЧИВАНИЕ – Это…..

Подпись Дата

Приложение № 5.2.

Контрольные вопросы по теме лабораторной работы

1. Что такое чугун?

2. Как называется устройство для получения чугуна?

3. Назначение белого чугуна. Принципиальная разница белых и конструкционных чугунов.

4. Что такое ферросплавы?

5. Перечислить основные положительные и отрицательные свойства конструкционных чугунов.

6. Что такое "ографичивание изделий из чугуна" в условиях морского судна?

7. Каким способом получают изделия из чугуна?

8. Сущность графитизации при получении ковкого чугуна. Что такое графит?

9. Какой материал: а) сталь, б) чугун, в) и сталь и чугун используют для изготовления:

- блоков цилиндров и станин мощных судовых дизелей?

- якорей, якорных цепей?

- станин станков, судовых лебедок?

- коленчатых валов?

- болтов, гаек, анкерных связей?

- корпусов судовой арматуры ?

10. Сопоставить (сравнить) пределы прочности при растяжении самой прочной углеродистой конструкционной стали и самого прочного конструкционного чугуна.

11. Какой из трех факторов, определяющих свойства КМ (химический состав, строение, структура), изменяется при модифицировании серых чугунов? Дать примеры.

12. Расшифровать марки (дать максимальную информацию): ВЧ 80, ВЧ 60, КЧ 35 -10, КЧ 37 -12,

СЧ 15, СЧ 21, СЧ 32, ВЧК – 1.

13. Почему твердость НВ чугунов указывается как интервал двух значений?

14. При соблюдении каких условий избегают отбеливания отливок из чугуна?

15. Что представляют собой антифрикционные чугуны? легированные чугуны?

Лабораторная работа № 6.

Тема: «Изучение структуры и свойств неупрочненных нелегированных сталей»

Цель работы:

- изучить структуру и свойства нелегированных сталей в отожженном состоянии;

- изучить влияние углерода на механические и технологические свойства стали,

- освоить металлографический метод идентификации %-содержания углерода в стали,

- усвоить систему маркировки нелегированных сталей согласно ГОСТам РФ,

- научиться извлекать из марки максимально полную информацию о стали.

Оборудование:

- Металломикроскопы МИМ-6 и ЕС МЕТАМ РВ22.

- Микрошлифы образцов стали.

- Атлас микроструктур.

- ГОСТы РФ 380-2005, 1050-2013, 1435-99.

1. Классификация сталей.

Сталь – сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 2 %. На практике обычно применяются стали с содержанием углерода до 1,2 %.

Между тем ГОСТ Р 54384-2011 устанавливает более подробное определение: «Материал (сплав железа с углеродом), в котором массовая доля железа больше, чем массовая доля какого-либо другого элемента, а массовая доля углерода составляет менее 2 %, и в состав которого входят также и другие химические элементы.

У небольшого количества хромистых сталей массовая доля углерода может превышать 2 %. Обычно массовая доля углерода, равная 2 %, является границей раздела между сталью и литейным чугуном».

По химическому составу различают стали нелегированные и легированные. Стали легированные в отличие от нелегированных содержат специальные добавки для изменения каких-либо свойств в нужном направлении.

Нелегированные стали (до недавнего времени назывались углеродистыми) подразделяют:

- по качеству – обыкновенного качества, качественные и высококачественные;

- по строению в отожженном состоянии (по фазовому составу при 20 °С, см. описание лаб. работы № 4) – доэвтектоидные (С < 0,8 %, фазы: феррит + перлит), эвтектоидные (С = 0,8 %, фаза: перлит), заэвтектоидные (С > 0,8 %, фазы: перлит + цементит вторичный);

- по количеству углерода в стали: малоуглеродистые (С ≤ 0,25 %), среднеуглеродистые (С ≤ 06 %), высокоуглеродистые (С > 0,6%);

- по назначению − конструкционные и инструментальные;

- по степени раскисления: спокойные (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп);

- по способу производства – мартеновская, конвертерная, электросталь.

2. Маркировка нелегированных сталей по ГОСТам РФ 380-2005, 1050-2013 и 1435-99.

Конструкционные стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-2005, всего 20 марок, Таблица 1) обозначаются двумя буквами «Ст», за которыми стоит цифра и две прописные буквы «кп» или «пс» или «сп». Цифра означает только порядковый номер стали. Процентное содержание углерода в стали конкретной марки указано в стандарте в специальной таблице. В сталях Ст3Гпс, Ст3Гсп и Ст5Гпс повышенное содержание марганца, который в марках всех сталей обозначается буквой Г. Примеры записи в документации: сталь Ст4сп ГОСТ 380-2005, сталь Ст5Гпс ГОСТ 380-2005.

Конструкционные стали нелегированные качественные по ГОСТ 1050-2013 (всего 15 марок, Таблица 2) обозначают двумя цифрами, выражающими среднее содержание углерода в сотых долях процента, и двумя прописными буквами «кп» или «пс». Марки полностью раскисленных сталей не содержат букв «сп».

Примеры записи марок качественных сталей: сталь 10 ГОСТ 1050-2013, сталь 20кп ГОСТ 1050-2013.

Стандарт содержит также вторую группу марок, обозначаемых как нелегированные специальные, включая 16 марок сталей с повышенным содержанием марганца. Всего специальных сталей 25 марок (Таблица 3). В сталях 55пп, 60пп и 60пп «селект» буквы «пп» означают «пониженная прокаливаемость» (за счет пониженного содержания марганца – не более 0,2 %). В сталях с повышенным содержанием марганца 15Г…50Г содержится от 0,7 до 1,0 % Mn, а в 10Г2…50Г2 – 1,4…1,8 % Mn.

Выборка из ГОСТ 380-2005. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки.

Таблица 1.

Марка	Массовая доля С, %	Марка	Массовая доля С, %
Ст0	Не более 0,23	Ст3Гпс	0,14-0,22
Ст1кп	0,06-0,12	Ст3Гсп	0,14-0,20
Ст1пс	0,06-0,12	Ст4кп	0,18-0,27
Ст1сп	0,06-0,12	Ст4пс	0,18-0,27
Ст2кп	0,09-0,15	Ст4сп	0,18-0,27
Ст2пс	0,09-0,15	Ст5пс	0,28-0,37
Ст2сп	0,09-0,15	Ст5сп	0,28-0,37
Ст3кп	0,14-0,22	Ст5Гпс	0,22-0,30
Ст3пс	0,14-0,22	Ст6пс	0,38-0,49
Ст3сп	0,14-0,22	Ст6сп	0,38-0,49

Выборка 1 из ГОСТ 1050-2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных

качественных и специальных сталей. Общие технические условия

Таблица 2.

Марка	Массовая доля С, %	Марка	Массовая доля С, %
05кп	Не более 0,06	15кп	0,12-0,19
08кп	0,05-0,12	15пс	0,12-0,19
08пс	0,05-0,11	15	0,12-0,19
08	0,05-0,12	18кп	0,12-0,20
10кп	0,07-0,14	20кп	0,17-0,24
10пс	0,07-0,14	20пс	0,17-0,24
10	0,07-0,14	20	0,17-0,24
11кп	0,05-0,12

Выборка 2 из ГОСТ 1050-2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных

качественных и специальных сталей. Общие технические условия

Таблица 3.

Марка	Доля С, %	Марка	Доля С, %
25	0,22-0,30	20Г	0,17-0,24
30	0,27-0,35	25Г	0,22-0,30
35	0,32-0,40	30Г	0,27-0,35
40	0,37-0,45	35Г	0,32-0,40
45	0,42-0,50	40Г	0,37-0,45
50	0,47-0,55	45Г	0,42-0,50
50А	0,47-0,55	10Г2	0,07-0,15
55	0,52-0,60	30Г2	0,26-0,35
58 (55пп)	0,55-0,63	35Г2	0,31-0,39
60	0,57-0,65	40Г2	0,36-0,44
60пп	0,57-0,65	45Г2	0,41-0,49
60пп «селект"	0,57-0,61	50Г2	0,46-0,55
15Г	0,12-0,19

ГОСТ 1435-99 предусматривает 12 марок инструментальной нелегированной стали: У7, У7А, У8, У8А, У8Г, У8ГА, У9, У9А, У10, У10А, У12, У12А (Таблица 4). Буквы и цифры в марках этой стали означают:

У - нелегированная, следующая за ней цифра − средняя массовая доля углерода в десятых долях процента, Г - повышенная массовая доля марганца, А – высококачественная. Пример записи: сталь У12А ГОСТ 1435-99.

Выборка из ГОСТ1435 – 99. Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали

Таблица 4.

Марка	Массовая доля углерода, %	Марка	Массовая доля углерода, %
У7	0,65-0,74	У7А	0,65-0,74
У8	0,75-0,84	У8А	0,75-0,84
У8Г	0,80-0,90	У8ГА	0,80-0,90
У9	0,85-0,94	У9А	0,85-0,94
У10	0,95-1,09	У10А	0,95-1,09
У12	1,10-1,29	У12А	1,10-1,29

Таким образом, по стандартам РФ насчитывается 72 марки нелегированных сталей.

За рубежом (в Германии, США, Франции и других странах) стали маркируются в соответствии с национальными стандартами. Для сопоставления с российскими аналогами составлены каталоги соответствия – так называемые трансляторы марок.