Углеродистые стали

Основой для определения структурных составляющих углеродистых сталей в равновесном состоянии (после полного отжига) является диаграмма состояния системы «железо – углерод».

Микроструктура стали в равновесном состоянии зависит от содержания в ней углерода (рисунки В.9 и В.10).

а	б
в	г
а – сталь 20; б – сталь 40; в – сталь У8; г – сталь У12. Рисунок В.9 – Микроструктура углеродистых сталей

а) 0,15 % C	б) 0,65 % C	в) 0,8 % C
г) 0,85 % C	д) 0,91 % C	е) 1,18 % C
Рисунок В.10 – Фотографии микроструктур сталей с различным содержанием углерода и различным видом термообработки

По структуре углерода стали делятся на три группы: доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

Доэвтектоидные стали содержат от 0,02 до 0,80 % углерода. Структура их состоит из феррита в виде светлых зерен и перлита (эвтектоидной механической смеси феррита и цементита) в виде мелких темных зерен. С повышением содержания углерода количество перлита пропорционально увеличивается, а феррита – уменьшается. Пользуясь правилом рычага, можно по соотношению площадей, занимаемых в микроструктуре перлитом и ферритом, приближенно определить содержание углерода в стали.

Пример: если перлит занимает примерно 25 % площади шлифа, то со­держание углерода будет равно:

%.

Доэвтектоидные сплавы с содержанием углерода до 0,02 % называются техническим железом. Его структура состоит из феррита (при С = 0,008 %) или из феррита и третичного цементита (в сплавах с С = 0,008…0,020 %). Механические свойства технического железа зависят от его чистоты и величины зерна и находятся в пределах: σ_в = 180… 290 МПа; σ_0,2 = 90… 170 МПа; δ = 30…50 %; KCU = 180… 250 Дж/см²; НВ = 45…80. Малоуглеродистые доэвтектоидные стали (ГОСТ 1050–78) применяются для цементируемых изделий машиностроения; среднеуглеродистые стали (сталь 30, 40, 50) в термически обработанном виде – для различных машиностроительных деталей.

Эвтектоидная сталь (содержание углерода – 0,8 %), состоит из перлита. Механические свойства перлита зависят от степени измельченности цементита. Среднепластичный перлит имеет следующие механические свойства: σ_в = 900 МПа; σ_0,2 = 600 МПа; δ = 15 %; ψ = 30 %; KCU = 20 Дж/см²; НВ = 200.

Заэвтектоидные стали содержат 0,80…2,14 % С. Структура – перлит и вторичный цементит, расположенный в виде тонкой светлой сетки (или цепочек светлых зерен) по границам зерен перлита.

Эвтектоидные и заэвтектоидные углеродистые стали применяют при изготовлении различных инструментов, предназначенных для механической обработки металлов, пластмасс, дерева и других материалов, измерительных и слесарных инструментов и др.

Индивидуальное задание

Варианты задания

В таблице В.1 приведены исходные данные для выполнения индивидуального задания (указана массовая доля углерода).

Порядок выполнения задания

1. В соответствии с номером вашего варианта выписать из таблицы В.1 массовую долю углерода контрольного сплава.

2. На листе формата А4 вычертить диаграмму состояния «Fe – Fe₃C». Обозначить структурные составляющие во всех областях диаграммы.

3. Нанести на диаграмму фигуративную линию контрольного сплава, выполнить построение необходимых конод.

4. Построить кривую охлаждения контрольного сплава. Дать подробное описание его микроструктуры при медленном охлаждении. Привести необходимые реакции.

5. При указанной в варианте температуре рассчитать в двухфазной области количество каждой фазы в процентах к общему весу сплава и определить химический состав каждой фазы.

6. Указать, к какой группе железоуглеродистых сплавов он относится, по возможности привести марку рассмотренного сплава, его применение.

7. Схематически изобразить микроструктуру сплава в интервале температур первичной кристаллизации и при комнатной температуре, отметить структурные составляющие.

Таблица В.1 – Варианты заданных сплавов

№ варианта	% углерода (по массе)	Температура, оС
1	5,0	1150
2	4,3	900
3	1,0	800
4	3,0	1100
5	0,8	650
6	0,4	760
7	1,3	800
8	2,2	1100
9	5,5	1180
10	0,012	750
11	0,1	600
12	3,5	1050
13	0,9	800
14	0,022	500
15	0,018	900
16	2,0	900
17	2,8	650
18	0,35	750
19	0,7	500
20	1,8	800
21	4,5	1200
22	0,6	1100
23	0,25	800
24	1,1	700
25	4,7	980
26	0,5	1300
27	1,2	800
28	0,9	550
29	0,05	700
30	0,045	780

1 Гиббс (Gibbs) Джозайя Уиллард — американский физик-теоретик, один из основоположников термодинамики и статистической механики.