Обладнання, матеріали та інструменти

 

Зразки вуглецевої сталі після відпалу, електричні печі, охолоджувальні ванни з водою, олією, твердомір.

Порядок виконання роботи

 

Роботу виконують на зразках з вуглецевої сталі 40 і У12.

1. Визначити по діаграмі залізо-цементит оптимальну температуру нагрівання (для даної сталі). Розрахувати час витримки виходячи з розмірів зразка.

2. Провести нагрів і охолодження зразків на повітрі, у маслі і воді.

3. Загартовані зразки зашліфувати з двох боків для видалення окалини, а потім заміряти твердість на приборі Роквелла. Отримані дані занести у таблицю.

4. Провести низький, середній і високий відпуск. Зразки зашліфувати і заміряти твердість на приборі Роквелла. Отримані дані занести у таблицю.

5. Побудувати графік залежності твердості від температури відпуску.

6. Проаналізувати перетворення і дати характеристику мікроструктурам, які утворилися при різних температурах відпуску.

 7. Дати аналіз мікроструктур за діаграмою за діаграмою ізотермічного розпаду аустеніту.

 

Марка стали	Режим термообробки				Твердість, HRC	Твердість після відпуску, HRC
	нагрівання		охолодження
	Т, ºС	час, хв	середо- вище	середня швидк. ºС/с		200,ºС	400,ºС	600,ºС
40			повітря	2
			олива	100
			вода	500
У12			повітря	2
			олива	100
			вода	500

 

Лабораторна робота № 3

Дослідження мікроструктури легованих сталей

 

Мета роботи: за допомогою мікроскопічного аналізу дослідити мікроструктуру легованих сталей.

 

Теоретичні відомості

 

Легованими називають сталі, в яких є спеціально введені (легуючі) елементи, що помітно змінюють їхні механічні і фізико-хімічні властивості. До таких елементів належать Cr, Ni, Mo, Ti, V, Co та інші. Манган у кількості понад 1% і силіцій – понад 0,5% також є легуючими.

Властивості легованих сталей визначаються кількістю введених легуючих елементів і характером їх взаємодії з основними компонентами – залізом і вуглецем. За цією ознакою легуючи елементи поділяють на дві такі групи:

1) елементи, які не утворюють карбідів – Ni, Co, Si, Al, Cu;

2) карбідоутворювальні елементи – Cr, Mn, Mo, W, V, Ti, Zr, Nb.

Елементи першої групи у відпаленому стані розчинені у фериті, а в загартованих – у мартенситі або аустеніті. Тому наявність їх у структурі сталі за допомогою мікроскопічного аналізу виявити не можна.

Для маркування легованих сталей взято літерно-цифрову систему. Відповідно до неї легуючи елементи позначають такими літерами:

А – азот (але не вкінці і не в початку марки);

Б – ніобій;

В – вольфрам;

Г – манган;

Д – мідь;

К – кобальт;

М – молібден;

Н – нікель;

П – фосфор;

Р – бор;

С – силіцій;

Т – титан;

Ф – ванадій;

Х – хром;

Ц – цирконій;

Ю – алюміній.

Перші дві цифри на початку марки конструкційних сталей вказують середній вміст вуглецю в сотих частках процента, цифри після літер – середній вміст позначеного цими літерами елемента в процентах. Наприклад, марка 18Х2Н4В означає сталь із середнім вмістом таких елементів: 0,18% вуглецю, до 1% хрому, 4% нікелю, близько 1% вольфраму.

Літери в кінці марки означають таке: А – високоякісна сталь (наприклад, 38ХГСА), Ш – особливо високоякісна (98Х18-Ш), СШ – оброблена синтетичним шлаком (35ХМФА-СШ), Л – сталь, що призначена для одержання виливків (25Л).

У марках інструментальних сталей вміст вуглецю зазначають у десятих частках процента (9ХС, 6ХВГ), а якщо його масова частка становить 1% або більше, то початкову цифру взагалі не пишуть (Х12, ХВГ).

Деякі леговані сталі виділено в окремі групи і позначено літерами так: Ш – підшипникова, Р – швидкорізальна, Е – магнітна, А – з підвищеною оброблюваністю різанням.

За призначенням леговані сталі поділяють на конструкційні та інструментальні.

Конструкційні сталі призначені для виготовлення деталей машин та інших конструкцій Конструкційні сталі поділяють на такі групи:

– будівельні низьколеговані сталі – мають масову частку до 0,2 %С і порівняно невелику кількість легуючих елементів. До них належать сталі 09Г2, 10Г2СІ, 15Г2СФ, 10НДП. Їх використовують у будівництві та машинобудуванні в основному без термічної обробки;

– поліпшуванні сталі – призначені для виготовлення деталей машин (вали, шестерні, шатуни), які піддають гартуванню і високому відпусканню (поліпшенню). До них належать низьколеговані сталі з масовою часткою 0,3...0,5 %С, наприклад: 30Х, 40ХН, 30ХГСНА, 38ХНЗМФ.

– сталі з підвищеною оброблюваністю різанням – це так звані автоматні сталі, які можна обробляти з великою швидкістю різанням, забезпечують високу якість оброблювальної поверхні і велику стійкість інструменту. Такі сталі легують S, Pb, Ca, Ce, їх кількість складає 0,1...0,3 %. До цієї групи належать сталі сірчані А20, А40Г; свинцеві АС30ХМ, АС38ХГМ; кальцієві АЦ20, АЦ45Х; селенові А45Е, А40ХЕ.

– ресорно-пружинні сталі легують Si, Mn, Cr, W, Ni у кількості 1,5...2,8 % та 0,10...0,25 % V. Більш поширені 50ХФА, 50ХГФА;

– підшипникові сталі – застосовують для виготовлення кульок, роликів і кілець підшипників кочення. До належать сталі ШХ6, ШХ9, ШХ15СГ, які містять близько 1 % С і відповідно 0,6; 0,9 і 1,5 %Сr;

– зносостійкі сталі – призначені для роботи в умовах ударно-абразивного зношування. До них належать 110Г13Л, 60Х5Г10Л, 30Х10Г10;

– корозієстійкі сталі поділяють на дві групи: хромисті і хромонікелеві. Хромисті сталі містять 13 % і більше хрому, до них належать сталі марки 08Х13, 15Х25Т, 95Х18. До хромонікелевих відносяться сталі марки 12Х18Н12Т, 10Х14Г14Н4Т.

– жаростійкі сталі – призначені для роботи при високих температурах у газових середовищах. Жаростійкість (окаліоностійксть) визначається не структурою, а складом сталі і в основному залежить від вмісту хрому. Введення в сталь 5...8 % хрому підвищує її жаростійкість до 700...750 °С, при 25 % хрому – до 1100 °С. Поряд с хромом ці сталі легують Si, Al, Ni (40Х9С2, 15Х18СЮ, 20Х23Н13);

– жароміцні сталі – здатні тривало працювати під навантаженням при високих температурах. Їх поділяють на три класи: перлітний, аустенітний і мартенситний. Прикладами жароміцних сталей є сталі марки 15К, 15Х5М, 40Х10С2М, 10Х18Н12Т.

Інструментальні сталі – призначені для виготовлення різального, штампового та вимірювального інструменту. Ці сталі повинні мати високу твердість, стійкість до спрацьовування, в ряді випадків – високу теплостійкість. їх легують, в основному, карбідоутворювальними елементами – Cr, W, V, Mn.

Серед інструментальних сталей особливе місце займають швидкорізальні сталі (найбільш поширені такі марки як Р9, Р9К5, Р9М4). Штамповані сталі призначені для виготовлення інструментів для холодного та гарячого деформування металів (5ХНМ, 4Х5В2ФС). Сталі для вимірювальних інструментів повинні мати високу твердість, стійкість до спрацювання, стабільність у розмірах протягом експлуатації (38ХМЮА).

Сталі з особливими фізичними властивостями. До цієї групи відносяться: магнітні сталі (магнітом’які – для виготовлення магнітопроводів, та магнітотверді – для виготовленняпостійних магнитів); парамагнітні сталі – призначені для виготовлення деталей, які не повинні намагничуватися.