Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Физическое металловедение специальных сталей» и «Физическое материаловедение»
.pdf
1641
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра физического металловедения
Методические указания
к лабораторным работам
по дисциплинам «Физическое металловедение специальных сталей» и
«Физическое материаловедение»
Составители: |
Е. Л. Торопцева |
|
О. А. Косинова |
Липецк Липецкий государственный технический университет
2012
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра физического металловедения
Методические указания
к лабораторным работам по дисциплинам «Физическое металловедение специальных сталей» и
«Физическое материаловедение»
Составители: |
Е. Л. Торопцева |
|
О. А. Косинова |
Липецк Липецкий государственный технический университет
2013
2
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра физического металловедения
Методические указания
к лабораторным работам
по дисциплинам «Физическое металловедение специальных сталей» и
«Физическое материаловедение»
Составители |
Е.Л. Торопцева |
|
О. А. Косинова |
Заведующий кафедрой |
Шкатов В.В. |
физического металловедения |
|
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2013
3
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра физического металловедения
Методические указания
к лабораторным работам
по дисциплинам «Физическое металловедение специальных сталей» и
«Физическое материаловедение»
Составители |
Е.Л. Торопцева |
|
О. А. Косинова |
Утверждаю к печати |
Проректор по учебной работе |
Объем: 1,5 п.л. |
Ю.П. Качановский |
Тираж: 100 экз. |
|
|
«____»______________2013 г. |
. |
|
Липецк Липецкий государственный технический университет
2013
4
УДК 669.01+621.78(07)
Т612
Рецензент – Коваленко И.А., канд. техн. наук, доц.
Торопцева, Е.Л.
Т612 Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам
«Физическое металловедение специальных сталей» и «Физическое материаловедение» / Е.Л. Торопцева, О. А. Косинова – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2012. – 30 с.
Предназначаются для студентов пятого и шестого курсов специальностей
150105.65 «Металловедение и термическая обработка металлов» и 150702.65 «Физика металлов». В методических указаниях представлены работы,
связанные со структурными особенностями производства низкоуглеродистых низколегированных и электротехнических сталей, а также вопросами брака,
получающегося после различных обработок сталей.
Рецензент Коваленко И.А.
©ФГБОУ Липецкий государственный технический университет , 2012
5
Лабораторная работа №1
Изучение структурных особенностей низкоуглеродистых и
низколегированных сталей после различных технологических переделов
Цель работы: изучить структуру и свойства низкоуглеродистых низколегированных сталей после выплавки, горячей прокатки и термоупрочнения.
Низкоуглеродистые стали обыкновенного качества согласно ГОСТ 380-
71 подразделяются на три группы: А, Б и В. Стали группы А поставляют с регламентированными механическими свойствами, группы Б – с регламентированным химическим составом, группы В – с регламентированными химическим составом и механическими свойствами. Группы Б и В указываются впереди марки стали, группа А не указывается. Для обозначения степени раскисления после номера марки стали указывается: сп – спокойная, пс – полуспокойная, кп – кипящая. Если полуспокойные стали имеют повышенное содержание марганца (до 1,2%,масс.), то в этом случае после номера марки стали ставится буква Г.
Например: Ст2кп – Ст2, кипящая, группы А; БСт5пс – Ст5, полуспокойная, группы Б; ВСт3Гсп – Ст3, спокойная, Группы В, повышенное содержание марганца.
6
Степень раскисления стали в большей степени влияет на ударную вязкость и хладноломкость, в меньшей степени на предел прочности и пластичности стали.
Наибольший интерес в строительстве для изготовления сварных конструкций вызывает Ст3. По сравнению с ней Ст0 и Ст2 менее прочные, Ст4
и Ст6 – хуже свариваются.
В таблице 1 приведены марки нетермоупрочнённых арматурных сталей,
используемых для изготовления железобетонных конструкций.
Таблица 1
Нетермоупрочнённые арматурные стали по ГОСТ 5781-82
Класс арматурной стали |
Диаметр профиля, мм |
Марка стали |
|
A-I (A240) |
6-40 |
Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп |
|
А-II (А300) |
10-40 |
Ст5сп, Ст5пс |
|
|
10-80 |
10НГ2С |
|
Ас-II (Ас300) |
10-32 |
10ГТ |
|
|
(36-40) |
|
|
А-III (А400) |
6-40 |
35ГС, 25Г2С |
|
|
6-22 |
32Г2Рпс |
|
|
10-18 |
80С |
|
A-IV (А600) |
(6-8) |
|
|
|
10-32 |
20ХГ2Ц |
|
|
(36-40) |
|
|
|
(6-8) |
|
|
А-V (А800) |
10-32 |
23Х2Г2Т |
|
|
(36-40) |
|
|
A-VI (А1000) |
10-22 |
22Х2Г2АЮ, |
22Х2Г2Р, |
|
|
20Х2Г2СР |
|
7
Таблица 2
Химический состав арматурных марок сталей
Марка |
|
Массовая доля химических элементов |
|
|
||||||
|
|
|
хрома |
серы |
фосфора |
никеля |
меди |
|||
стали |
углерода |
марганца |
кремния |
|||||||
|
|
не более |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
08Г2С |
0 05 - |
1 5 - 2 3 |
0 7 - 1 0 |
0 30 |
0 025 |
0 030 |
|
0 30 |
0 30 |
|
|
0 15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10Г2С |
0 08 - |
1 0 - 1 5 |
1 6 - 2 1 |
0 30 |
0 045 |
0 045 |
|
0 30 |
0 30 |
|
|
0 14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20ГС |
0 17 - |
1 0 - 1 5 |
1 0 - 1 5 |
0 30 |
0 040 |
0 040 |
|
0 30 |
0 30 |
|
|
0 22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20ГС2 |
0 17 - |
1 0 - 1 5 |
1 7 - 2 4 |
0 30 |
0 040 |
0 040 |
|
0 30 |
0 30 |
|
|
0 22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20ХГС2 |
0 17 - |
1 0 - 1 5 |
1 7 - 2 4 |
0 80 - |
0 040 |
0 040 |
|
0 30 |
0 30 |
|
|
0 22 |
|
|
1 20 |
|
|
|
|
|
|
25С2Р |
0 20 - |
0 5 - 0 9 |
1 2 - 1 7 |
0 30 |
0 045 |
0 045 |
|
0 30 |
0 30 |
|
|
0 29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28С |
0 25 - |
0 6 - 0 9 |
0 9 - 1 2 |
- |
0 045 |
0 040 |
|
- |
0 30 |
|
|
0 32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30ХС2 |
0 26 - |
0 6 - 0 9 |
1 6 - 2 2 |
0 60 - |
0 040 |
0 040 |
|
- |
- |
|
|
0 32 |
|
|
0 90 |
|
|
|
|
|
|
27ГС |
0 24 - |
0 9 - 1 3 |
1 0 - 1 5 |
0 30 |
0 045 |
0 045 |
|
0 30 |
0 30 |
|
|
0 30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22С |
0 17 - |
0 6 - 0 9 |
0 9 - 1 2 |
- |
0 035 |
0 040 |
|
- |
- |
|
|
0 25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Низкоуглеродистые стали обыкновенного качества подвергают выплавке,
разливке и горячей прокатке. С целью повышения прочностных свойств эти стали подвергают термоупрочнению. Сущность метода термоупрочнения заключается в том, что после окончания горячей прокатки сталь из аустенитного состояния охлаждают ускоренно, в результате чего образуются более низкотемпературные продукты распада аустенита, чем у горячекатаной
8
стали. Структура горячекатаной стали, как правило, полосчатая: полосы сорбитизированного перлита чередуются с полосами феррита. Аустенит при
термоупрочнениии имеет меньший размер зерна и может превратиться в сорбит, троостит или даже бейнит, выделение избыточного феррита может быть подавлено. А в поверхностных слоях полосы за счёт высокой скорости охлаждения может образоваться даже мартенсит.
Таблица 3 Термоупрочнённые арматурные стали по ГОСТ10884-94
Класс |
Номинальный |
|
|
арматурной |
Марка стали |
||
размер |
|||
стали |
|
||
|
|
||
Ат400С |
6 - 40 |
Ст3сп Ст3пс |
|
Ат500С |
Ст5сп Ст5пс |
||
|
|||
Ат600 |
|
20ГС |
|
Ат600С |
10 - 40 |
25Г2С 35ГС 28С |
|
27ГС |
|||
|
|
||
Ат600К |
|
10ГС2 08Г2С 25С2Р |
|
|
|
20ГС 20ГС2 08Г2С |
|
Ат800 |
10 - 32 |
10ГС2 28С 25Г2С |
|
|
22С |
||
|
|
||
|
18 - 32 |
35ГС 25С2Р 20ГС2 |
|
Ат800К |
18 - 32 |
35ГС 25С2Р |
|
Ат100 |
10 - 32 |
20ГС 20ГС2 25С2Р |
|
Ат100К |
10 - 32 |
20ХГС2 |
|
Ат1200 |
10 - 32 |
30ХС2 |
Термоупрочнение углеродистых строительных сталей позволяет повысить прочностные свойства в 1,5 раза и снизить порог хладноломкости.
9
К низколегированным строительным сталям согласно ГОСТ 27772-88
относятся |
низкоуглеродистые свариваемые |
стали, содержащие |
марганец, |
кремний, |
а также хром, никель, медь и |
некоторые другие |
элементы, |
обладающие повышенной прочностью и пониженной склонностью к хрупким
разрушениям по сравнению с углеродистыми сталями. Например: 14Г2, 17ГС,
14ХГС, 15ХСНД и др. Необходимые требования к стали достигаются за счёт изменения химического состава, технологии выплавки и горячей прокатки, а в ряде случаев и режима термической обработки проката – нормализации. В
случае дополнительного легирования этих сталей ванадием, ниобием (до 0,1%),
азотом (до 0,015-0,025%) их подвергают контролируемой прокатке,
обеспечивающей дополнительное упрочнение за счёт образования
карбонитридов и уменьшения зерна. К таким сталям относятся 14Г2АФ,
17Г2АФБ.
Для изготовления труб большого диаметра (до 2500 мм) согласно ГОСТ
20295-85 и ГОСТ 8696-74 применяют низкоуглеродистые (C≤0,22%; Mn≤0,65%;
Si≤0,37%) и низколегированные стали с содержанием C≤0,20%; Mn до 1,65%
и добавками хрома, ванадия, ниобия и других. Например, сталь 14ХГС, 17Г1С
используются в горячекатаном состоянии, стали 09Г2С и 17ГСФ в
горячекатаном и термоупрочнённом состоянии. Сталь типа 08Г2МФБ можно подвергать контролируемой прокатке, получать в структуре феррито-
бейнитную, феррито-мартенситную структуру и использовать их в условиях низких температур.
10