2.2. Порядок выполнения работы

1. Получить у преподавателя вариант задания для выполнения практической работы. Задание содержит следующие данные.

Материал...

Режим электроэрозионной обработки:

Сила тока i=..., А;

Время воздействия τ= ..., с;

Начальные размеры образца:

площадь сечения S₀ = ..., мм²;

длина l₀ = ..., мм.

Образец протокола испытаний

Далее следует рассчитать значения ΔF_i , Δ(Δl_i) tgB_i по формуле (2.4).

3. Построить на миллиметровой бумаге диаграмму растяжения анализируемого материала в координатах «нагрузка F — абсолютное удлинение Δl» . Путем замены координатных осей превратить диаграмму растяжения в диаграмму деформации: σ = f(ε).

4. Определить предел пропорциональности σ_пц по значению tgB_i , в Протоколе испытаний.

5. Определить графически по диаграмме деформации в зависимости от ее вида пределы текучести σ_т, σ_тв и σ_тн или условный предел текучести σ_0,2.

6. Определить предел прочности σ_в по диаграмме деформации, используя графический метод.

7. Рассчитать планиметрированием площадь под кривой на диаграмме деформации и, установив масштаб, определить величину удельной работы деформации при испытании на растяжение W_s

8. Оформить в тетради, данные по конструктивной прочности анализируемого материала, приведя значения:

• предела пропорциональности σ_пц;

• пределов текучести σ_т, σ_тв и σ_тн или условного предела текучести σ_0,2 в зависимости от вида диаграммы деформации;

• предела прочности σ_в;

• удельной работы деформации при испытании на растяжение.

2.3. Задания для самостоятельного выполнения

Для всех вариантов индивидуальных заданий использовались стержни из сталей различных марок, подвергнутые химико-термической обработке. Химико-термическая (электроэрозионная) обработка выполнялась с целью упрочнения и повышения коррозионной стойкости изделий. Варианты заданий представлены в табл. 2.1- 2.3.

Табл. 2.1

Окончание табл. 2.1

Табл. 2.2

Окончание табл. 2.2

Табл. 2.3

Окончание табл. 2.3

3. Изучение системы обозначений конструкционных материалов

Цель работы: Освоить маркировку углеродистых сталей. Изучить их микроструктуру в равновесном состоянии. Научиться определять массовую долю углерода в стали и марку стали по ее микроструктуре.

3.1. Теоретические сведения

Компоненты и фазы в углеродистых сталях в равновесном состоянии

К углеродистым сталям относятся сплавы железа с углеродом с массовой долей углерода от 0,02 до 2,14 %. Основными компонентами углеродистых сталей являются железо и углерод.

Железо является полиморфным металлом, имеющим разные кристаллические решетки в различных температурных интервалах. При

температурах ниже 910 °С, железо существует в α - модификации, кристаллическое строение которой представляет собой объёмно-центрированную кубическую решетку. Эта аллотропическая модификация железа называется α -железом. В интервале температур от 910 °С до 1392 °С существует γ -железо с гранецентрированной кубической решеткой.

Углерод является неметаллическим элементом, обладающим полиморфизмом. В природе встречается в виде графита и алмаза. В углеродистых сталях эти компоненты взаимодействуют, образуя, и зависимости от их количественного соотношения и температуры, разные фазы, представляющие собой однородные части сплава. Это взаимодействие заключается том, что углерод может растворяться как в жидком (расплавленном) железе, так и в различных его модификациях в твердом состоянии. Кроме того, он может образовывать с железом химическое соединение. Таким образом, в углеродистых сталях различают следующие фазы: жидкий сплав (Ж), твердые растворы - феррит (Ф) и аустенит (А) и химическое соединение цементит (Ц).

Рис. 3.1 Фрагмент диаграммы состояния «железо-цементит»:

а) фазовая; б) структурная.

Феррит - твердый раствор внедрения углерода в α - железе. Имеет объемно-центрированную кубическую решетку и содержит при нормальной температуре менее 0,006 % углерода. У феррита низкие твердость и прочность, высокие пластичность и ударная вязкость.

Аустенит - твердый раствор внедрения углерода в γ - железе, при нормальной температуре в углеродистых сталях в равновесном состоянии не существует.

Цементит - химическое соединение железа с углеродом, карбид железа Fе3C. Он обладает сложной кристаллической решеткой, содержит 6,67 % углерода. Для цементита характерна высокая твердость и очень низкая пластичность.

Согласно фазовой диаграмме "железо - цементит" (рис.3.1а) углеродистые стали при нормальной температуре состоят из двух фаз: феррита и цементита. Одному массовому проценту углерода соответствует 15 атомных процентов цементита. Исходя из этого, массовая доля цементитной фазы находится умножением массовой доли углерода, содержащегося в стали, на 15. Поскольку в феррите содержится очень малая доля процента углерода, то практически весь углерод, имеющийся в стали, входит в состав цементита. Поэтому увеличение массовой доли углерода в стали ведет к увеличению массовой доли цементитной фазы, что приводит к повышению твердости и прочности, понижению пластичности и ударной вязкости.

Фазы в углеродистых сталях определенным образом располагаются в их объемах, образуя в зависимости от массовой доли углерода, ту или иную структуру. Равновесные структуры углеродистых сталей указываются на структурной диаграмме "железо - цементит" (рис. 3.1б).