Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
СТАЛИ И ЧУГУНЫ.doc
Скачиваний:
19
Добавлен:
18.11.2019
Размер:
1.71 Mб
Скачать

Обозначение и маркировка углеродистых сталей.

  1. Стали конструкционные обыкновенного качества. Маркируются: Ст 0; Ст 1; Ст 2 …… Ст 6. Буквы «Ст» означают сталь обыкновенного качества. Цифры – условный номер марки по ГОСТ 380-88. Цифра не указывает на процентное содержание углерода, но чем она больше, тем содержание углерода выше. После цифры стоят буквы «кп», «пс», «сп» (кипящая, полуспокойная, спокойная), которые указывают на способ раскисления стали.

Обычно, если раскисление проводится полным комплектом элементов- раскислителей (Al, Si, Mn), то сталь хорошо раскислена. Она дает плотную структуру с концентрированной усадочной раковиной в верхней части слитка. Такая сталь называется спокойной.

Если сталь раскислена двумя элементами (Si, Mn), то полного раскисления не происходит и такая сталь называется полуспокойной.

При раскислении одним элементом (Mn) в процессе кристаллизации начинают бурно возникать окислы типа СО2 и наблюдается эффект кипения. Сталь называется кипящей.

Итак, по обозначению марки конструкционной стали, обыкновенного качества можно выдать следующие характеристики.

Например: Ст 3сп - сталь обыкновенного качества с порядковым номером 3, спокойная, т. е. хорошо раскисленная. Содержание S ≈ 0,06% и P ≈ 0,07%.

2. Стали конструкционные качественные. Маркируются двумя цифрами: 05, 08, 10 15, 20 ….80. Цифры указывают на примерное содержание углерода в стали в сотых долях процента.

По содержанию углерода стали разделяются на низкоуглеродистые (05, 08, 10, 15, 20, 25), имеющие низкую прочность и высокую пластичность; среднеуглеродистые (30, 35, 40, 45, 50), обладающие повышенной прочностью, износостойкостью и достаточной пластичностью; высокоуглеродистые (55, 60,65, 70), обладающие высокой прочностью, износостойкостью, но низкой пластичностью.

Например: марка стали 25сп – сталь углеродистая, качественная содержание углерода ≈ 0,22-0,30% (среднее ≈ 0,25%)., содержание S и P ≈ 0,035% каждого. Буквы «сп» означают, что сталь спокойная, т. е. раскислена тремя элементами.

3. Углеродистые инструментальные стали. Эти стали являются заэвтектоидными, т. е. содержат обычно 0,8% С и более. Поставляются качественными и высококачественными. Маркируются буквой «У» и цифрой, соответствующей содержанию углерода в десятых долях процента (У8; У9 и т. п.).

Если в конце маркировки как конструкционных, так и инструментальных сталей, добавляется буква «А» (20А; У8А), то это указывает, что сталь высококачественная, с содержанием S и P не более 0,025% каждого.

Например: У12А – сталь инструментальная, углеродистая, высококачественная, с содержанием углерода около 1,2%, S и P не более 0,025% каждого.

Структура углеродистой стали.

В отожженном состоянии, структура стали состоит из феррита, цементита и перлита. (См. рис.1 Диаграмма состояния Fe-C).

Железо – полиморфно, т. е. может изменять тип кристаллической решетки в зависимости от температуры. До 911 0С оно имеет ОЦК - решетку, выше 911 0С – ГЦК - решетку.

Рис. 1. Диаграмма состояния системы железо-углерод.

Согласно диаграммы Fe-C сплавы делятся на: ферритные - с содержанием углерода до 0,02%, доэвтектоидные - с содержанием углерода от 0,02 до 0,8% , эвтектоидные - с содержанием углерода ≈ 0,8% и заэвтектоидные - с содержанием углерода от 0,8 до 2,14%.

По структуре стали делятся на: ферритные (С до 0,02%), феррито-перлитные (С от 0,02 до 0,8%), перлитные (С 0,8%).

Феррит – твердый раствор внедрения углерода в ОЦК-решетке железа. Обозначается Ф; a- Fe; Fea. Максимальная растворимость углерода в феррите 0,02% при температуре 723 0С. Как любой твердый раствор, феррит является мягкой, мало прочной, пластичной составляющая стали. Твердость НВ ≈ 1200 МПа, предел прочности sв ≈ 250 МПа, относительное удлинение ≈ 40%. Феррит магнитен. Под микроскопом имеет вид светлых зерен, преимущественно округлой формы с четкими границами. Окраска зерен может быть различной. Одни выглядят более светлыми, другие – темнее. Это объясняется различной кристаллографической ориентировкой зерен относительно плоскости шлифа. В результате травления они по-разному отражают лучи света.

Аустенит – твердый раствор углерода в ГЦК-решетке железа. Обозначается А; g- Fe; Feg. Предельная концентрация углерода 2,14% при температуре 11470С. С понижением температуры до 7230С концентрация углерода снижается до 0,8%. При температуре 7230С аустенит распадается на мелкодисперсную смесь А (Ф+Ц). Такая структура называется перлит. Сталь со структурой аустенита немагнитна, обладает хорошей устойчивостью против коррозии, имеет высокую пластичность и вязкость. Механические свойства аустенита: твердость НВ ≈ 1700-2000 МПа, предел прочности при растяжении sв ≈ 400 МПа, относительное удлинение ≈ 50%. В обычных углеродистых сталях при низкой температуре аустенит не встречается.

Под микроскопом аустенит имеет вид светлых зерен с характерными двойными линиями (двойниками).

Цементит (карбид железа) – химическое соединение, отвечающее формуле Fe3С. Образуется при содержании С ≈ 6,67%. При этом формируется новая кристаллическая решетка, отличная от решеток железа и углерода. Цементит хрупок, имеет высокую твердость НВ ≈ 8000 МПа. Пластичность практически равна нулю. Цементит имеет металлический блеск, слабо магнитен, плохо проводит электрический ток и тепло.

Цементит в сталях может иметь различные формы: он может выделяться в виде отдельных зерен, образовывать механические смеси или выделяется в виде тонкой сетки по границам зерен перлита в заэвтектоидных сталях.

Перлит – это продукт распада аустенита, эвтектоидного состава и являющийся механической смесью феррита и цементита, с содержанием С ≈ 0,8%. Перлит, в зависимости от формы частичек цементита, бывает пластинчатый и зернистый. Механические свойства перлита зависят от степени измельчения и формы частичек цементита (пластинки или зерна).

Перлит с пластинчатой структурой образуется при равновесной температуре распада аустенита. При наблюдении под микроскопом с увеличением  100 выглядит однородным темным пятном (см. рис. 2а). В перлите, представленном на рисунке 2б, при более высоком увеличении, можно различить ферритные и цементитные пластинки. При неоднократном нагреве и охлаждении аустенита в пределах температур 650-7800С эвтектоидных и заэвтектоидных сталей перлит имеет зернистую структуру.

а) б) в)

Рис. 2. Микроструктура стали:

а - доэвтектоидная сталь-феррит (светлые участки) и перлит (темные участки),  100; б - эвтектоидная сталь-перлит (феррито-цементитная смесь)  500; в - заэвтектоидная сталь-перлит и цементит (в виде сетки)  100.

Структура доэвтектоидных сталей (рис. 2а) состоит из феррита и перлита. Количество перлита и феррита зависит от содержания углерода: с увеличением содержания углерода площадь феррита в структуре стали уменьшается, а перлита увеличивается. Структура эвтектоидной стали (рис. 2б), содержащая С ≈ 0,8%, состоит из одного перлита. Структура заэвтектоидной стали, состоит из перлита и избыточного цементита (вторичного). При медленном охлаждении вторичный цементит выделяется в виде сетки по границам зерен перлита (рис. 2в). Таким образом, при изучении структур под микроскопом можно определить примерное содержание углерода в стали, а следовательно, и марку стали. После определения марки стали, используя таблицы приложения , можно определить механические свойства, а так же область применения этих сталей. Графически, ожидаемая зависимость механических свойств сталей от содержания С, представлена на рис. 3.

Рис. 3. График зависимости механических свойств от содержания углерода в стали.

ЗАДАНИЕ

  1. Изучить диаграмму состояния, относящуюся к области сталей.

  2. Охарактеризовать фазы и структурные составляющие изучаемых сталей.

  3. Изучить и зарисовать микроструктуры сталей.

  4. Определить по соотношению площадей феррита и перлита содержание углерода и марку стали.

  5. В приложении (стр. 12) найти механические свойства и указать область применения изучаемых сталей.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

  1. Под микроскопом при увеличении  100 изучить все шлифы из коллекции.

  2. Все наблюдаемые структуры зарисовать в таблицу.

  3. По количеству феррита и перлита в структуре доэвтектоидных сталей определить примерное содержание углерода в стали по формуле:

,

где П – процент площади перлита, в поле зрения микроскопа.

ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА

Отчет выполняется в виде таблицы по форме:

Марка

стали

Химический

состав

Микроструктура

Механические свойства

Применение

Рисунок

Наименование

структуры

sв,МПа

НВ,

МПа

3 см

1,5 см