Качественные конструкционные стали

 

Качественные конструкционные стали поставляются металлургическими заводами по ГОСТ 1050-74. Их марки обозначаются двухзначными цифрами, выражающими примерно среднее содержание углерода в сотых долях процента, т.е. 05, 08, 10, 15, 20, 25, 30, и далее до марки 85 через каждые пять сотых процента углерода.

Они могут быть с нормальным содержанием марганца (0,5–0,8%) и повышенным (0,7–1,0%). Во втором случае к марочному обозначению добавляется буква «Г» (15Г, 20Г, 25Г, …50Г).

Пример расчёта количества структурных составляющих и фаз

 

В качестве примера рассмотрим расчёт весового количества структурных составляющих и фаз с помощью правила отрезков в заэвтектоидной стали с 1,5% углерода при 600 °С (рис. 6.13).

Содержания структурных составляющих определяются последова-тельно по мере их образования в процессе охлаждении сплава с применением правила отрезков для двух сосуществующих фаз или структурных составляющих по коноде abc6def. Величину отрезков будем измерять в процентах углерода. Считаем, что концентрация в точке а 0,01% углерода.

Определим фазовый состав в точке 6:

 

 

 

Количество структурных составляющих в точке 6:

 

 

 

Учитывая некоторые особенности в использовании коноды для области диаграммы, где находятся три структурные составляющие, рассмотрим расчёт для такого случая на примере точки 7 (содержание углерода 4% при температуре 600 °С):

 

 

Рис. 6.13. Схема для изучения превращений, происходящих в стали с содержанием углерода 1,5% при медленном охлаждении: а – диаграмма состояния;

б – кривая кристаллизации сплава

 

Практическая часть

 

Порядок выполнения анализа диаграммы состояния «железо–цементит».

1. Вычертить диаграмму состояния Fe-Fe₃C с указанием температур превращений и концентраций углерода для характерных точек.

2. Указать фазы и структурные составляющие в различных областях диаграммы.

3. Определить составы и весовое количество (%) фаз и структурных составляющих при температурах для варианта, указанного преподава-телем. При выполнении расчётных задач в перитектической области диаграммы использовать данные по фрагменту этой диаграммы, представленные на рис. 6.14.

Рис. 6.14. Фрагмент диаграммы «железо-углерод»

Примерный перечень вариантов индивидуальных заданий

Номер варианта	Содержание углерода, %	Температура,°С	Номер варианта	Содержание углерода, %	Температура, °С
	0,05			1,6
	0,12			2,3
	0,16			2,5
	0,20			2,8
	0,35			3,0
	0,40			3,5
	0,50			3,8
	0,60			4,2
	0,80			4,5
	1,0			5,0
	1,2			5,5
	1,4			6,0

Рабочие задания

 

1. Зарисовать диаграмму состояния железо-цементит. Построить кривые охлаждения для доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной стали. Описать, как формируется структура сталей при охлаждении из жидкого состояния до комнатной температуры.

2. С помощью микроскопа изучить структуру доэвтектоидных, эвтектоидных и заэвтектоидных сталей в равновесном состоянии. Зарисовать наблюдаемые в микроскоп структуры, определить количество присутствующих фаз и структурных составляющих в процентах, сравнить мезоструктуры углеродистой и легированной хромом сталей с одинаковым содержанием углерода и дать описание.

3. Освоить метод приближенного определения углерода в стали по структуре.

Контрольные задания

 

1. Зарисовать и описать структуру стали марки У12 (1,2%С). Определить количественное соотношение и состав фаз при нормальной температуре.

2. Структура стали состоит из 30% перлита, остальное – феррит. Зарисовать микроструктуру стали. Определить содержание углерода в ней.

3. Зарисовать и описать мезоструктуру технического железа с содержанием 0,01% С. Определить количественное соотношение и состав фаз при нормальной температуре.

4. Зарисовать и описать мезоструктуру стали с содержанием углерода 0,02%. Определить количественное соотношение и состав фаз при температуре 727 °С.

5. Структура стали состоит из 70% перлита, остальное – феррит. Зарисовать структуру стали, определить содержание углерода в ней.

6. Структура стали состоит из одного перлита. Зарисовать микроструктуру стали. Определить количество цементита.

7. Сталь марки У10 (1,0%С) медленно охлаждалась с температуры на 50°С выше линии SE диаграммы Fe-Fe₃C. Зарисовать и описать микроструктуру стали. Определить количество цементита в стали при комнатной температуре.

8. Зарисовать и описать структуру стали марки 70 (0,7% С). Определить количество перлита, феррита и цементита в стали.

9. Структура стали состоит из 90% перлита, остальное – вторичный цементит. Зарисовать указанную структуру, определить содержание углерода в стали.

10. Структура заэвтектоидной стали марки У13 (1,3% С) состоит из перлита и вторичного цементита. Зарисовать указанную структуру. Определить количество цементита в ней.

11. В структуре стали содержится 12% цементита. Определить содержание углерода, зарисовать структуру стали.

12. В структуре стали содержится 5,25% цементита. Определить содержание углерода, зарисовать структуру стали.

Контрольные вопросы

 

1. Что называется равновесным и неравновесным состоянием структуры?

2. Какую структуру имеют металлы и сплавы?

3. Какие зерна имеют металлические сплавы?

4. Что такое диаграмма состояния железо-углерод и где она используется?

5. Общая характеристика диаграммы состояния Fe-C сплавов?

6. На какие группы подразделяется сплавы Fe-C по диаграмме состояний?

7. До каких концентраций углерода распространяется каждая группа?

8. Что такое температурный гистерезис сплавов Fe-C?

9. Какие структурные составляющие образуются в сталях?

10. Чем чугун отличается от сталей по микроструктуре?

Вопросы для повторения

1. Что такое феррит, аустенит, цементит, перлит?

2. Сколько углерода может раствориться в феррите?

3. Как выглядят феррит, цементит и перлит при рассмотрении в микроскоп?

4. В структуре каких сталей присутствует третичный цементит, какова его роль в формировании свойств стали?

5. В структуре каких сталей присутствует вторичный цементит?

6. При каких условиях вторичный цементит в заэвтектоидных сталях образует сплошную прослойку (сетку) по границам зерен перлита, и как это отражается на свойствах стали?

7. При каком содержании углерода в структуре углеродистой стали появляется перлит?

8. Какие структурные составляющие содержатся в структуре железоуглеродистых сплавов с содержанием углерода до 0,02%?

9. Как изменяется структура доэвтектоидных сталей с увеличением содержания углерода?

10. Как по количеству перлита определить приближенно содержание углерода в стали?

11. Какие структурные составляющие присутствуют в структуре заэвтектоидных сталей?

12. Как и почему изменяются свойства углеродистых сталей в равновесном состоянии с увеличением содержания углерода?

 

Литература

1. Арзамасов Б.Н. и др. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 2002. – 648 с.

2. Лахтин Ю.М. Леонтьева Б.Н. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.

3. Сироткин О.С. Теоретические основы общего материаловедения: Учеб. пособие. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2007. – 348 с.

4. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: Учеб. пособие / под ред. В.С. Чередниченко. - 3-е изд., стер. – М.: Омега-Л, 2007. – 752 с.

5. Материаловедение. Технология металлов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; под общ. ред. Г.П. Фетисова. – М: Высш. шк., 2006.

6. Ржевская С.В. Материаловедение: Учебник для вузов. – 4-е изд. – М.: Логос, 2004. – 424 с.

 

 

Лабораторная работа № 7