Рыбинская государственная авиационная технологическая академия
имени П. А. Соловьева
Кафедра «Материаловедение, литье и сварка»
Методические указания к лабораторной работе работе
«СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ»
Для дисциплины
«Материаловедение»
специальности 151001 «Технология машиностроения»
направления 150900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств»
Рассмотрены и утверждены на заседании кафедры МЛС
Протокол № 8 от 25.05.2010 г.
Разработал:
к. т. н., ассистент Воздвиженский И. Н.
Рыбинск, 2010
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Цель работы. Цель работы заключается в получении и отработке навыков работы со справочной литературой по легированным сталям и по обоснованному выбору термовременных параметров процесса термической обработки легированных сталей.
-
Общие сведения по структуре, свойствам, технологии термической обработки легированных сталей
1.1 Конструкционные стали
Образец №1.
Конструкционная цементуемая сталь 12Х2Н4А, малоуглеродистая, среднелегированная, хромоникелевая, высококачественная (S < 0,025 % и P < 0,025 %).
Химический состав и влияние элементов на свойства. (0,12 % C; 1,5 % Cr; 3,5 % Ni). Никель и хром обеспечивают высокую прокаливаемость, высокую прочность в сочетании с хорошей ударной вязкостью.
Термическая обработка. Для получения высокой твердости и износостойкости на поверхности детали, сталь подвергают цементации (950 С, 6 ч, охлаждение на воздухе), закалке (860 С, 20 мин., охлаждение в воду) и низкому отпуску (180 С, 3 ч., охлаждение на воздухе).
Структура стали после термической обработки состоит из мартенсита и остаточного аустенита. Мартенсит имеет игольчатое строение и на микрошлифе имеет вид штрихов, расположенных под углом 60 и 120 (рисунок 1). Между мартенситными иглами сохраняется небольшое количество остаточного аустенита (светлый оттенок на рисунке 1).
Рисунок 1 – Мартенсит с игольчатым строением и остаточный аустенит (×500)
Образец №2.
Конструкционная улучшаемая сталь 40ХН2МА, относится к перлитному классу, среднеуглеродистая, среднелегированная хромоникелевая, высококачественная.
Химический состав и влияние легирующих элементов на свойства. (0,4 % С; 0,8 % Cr; 1,5 % Ni; 0,2 % Mo). Хром и углерод обеспечивают высокую твердость за счет образования карбидов. Никель, находясь в твердом растворе в феррите, обеспечивает высокую вязкость и глубокую прокаливаемость. Этому способствует также молибден.
Термическая обработка. Для данной стали она состоит из закалки с 860 С, 15 мин., охлаждение в масло с последующим высоким отпуском при температуре 500‑600 С, 6 ч, охлаждение на воздухе.
Структура стали после термообработки – сорбит. Мелкие цементитные зернышки (темные точки) вкраплены в ферритную основу (рисунок 2).
Рисунок 2 – Сорбит, темные точки – цементит, светлое поле – феррит (×500)
1.2 Инструментальные стали
Образец №3.
Инструментальная быстрорежущая сталь Р18, высокоуглеродистая, высоколегированная, качественная (S < 0,035 % и P < 0,035 %).
Химический состав и влияние легирующих элементов на свойства. (0,75 % C; 18 % W; 4 % Cr; 1,2 % V). Сталь обладает высокой твердостью HRC 62‑67, износостойкостью и теплостойкостью (способностью сохранять высокую твердость HRC > 60 до 600‑650 С). Теплостойкость быстрорежущей стали обусловлена наличием легирующих элементов: вольфрама, молибдена, ванадия и хрома, присутствующих в твердом растворе и в составе сложных карбидов.
Термическая обработка. Закалка с температуры 1200‑1300 С, 15 мин., охлаждение в масло. Затем сталь подвергают двух‑ или трехкратному отпуску при температуре 560 С.
Структура закаленной быстрорежущей стали состоит из мартенсита, остаточного аустенита и нерастворенных карбидов вольфрама, ванадия и хрома. При обычных способах травления мартенсит не выявляется и его невозможно отличить от остаточного аустенита. Обе структуры образуют общий светлый фон. Карбиды – светлые округлые выделения, почти такого же цвета, как и окружающий фон.
Структура стали после отпуска состоит из мартенсита отпуска, 2‑3 % остаточного аустенита и дисперсных карбидов вольфрама, ванадия и хрома (рисунок 3).
Рисунок 3 – Игольчатый мартенсит (×500)