- •Новосибирск
- •Введение
- •Лабораторная работа № 2. Микроскопический анализ (микроанализ)
- •2.2. Теоретическое обоснование
- •Механическая система микроскопа
- •Последовательность работы на микроскопе
- •Изучение неметаллических включений
- •2.3. Порядок выполнения работы
- •2.4.Содержание отчета:
- •2.5. Контрольные вопросы
- •Литература
- •Травление микрошлифов
- •Лабораторная работа № 3. Определение твердости металлов и сплавов
- •3.1. Цель работы:
- •3.2. Теоретическое обоснование
- •Оборудование и материалы для выполнения работы
- •3.3. Порядок выполнения работы
- •3.4. Содержание отчета
- •3.5. Контрольные вопросы:
- •Литература
- •Лабораторная работа № 6. Диаграмма состояния железо – углерод
- •6.1. Цель работы:
- •6.2 Теоретическое обоснование Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом
- •Диаграмма состояния железо-углерод
- •6.3. Порядок выполнения работы
- •6.4. Содержание работы
- •6.5. Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № 7. Микроструктура углеродистых сталей в равновесном состоянии
- •7.2. Теоретическое обоснование Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей.
- •Классификация углеродистых сталей
- •Углеродистые конструкционные стали
- •Углеродистые стали обыкновенного качества
- •Углеродистые качественные стали
- •Инструментальные углеродистые стали
- •Микроисследование углеродистой стали
- •7.3. Порядок выполнения работы:
- •7.4. Содержание отчета:
- •7.5. Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа № 8. Микроструктура и свойства чугунов
- •8.2. Теоретическое обоснование
- •Белый чугун
- •Серый чугун
- •Высокопрочный чугун
- •Ковкий чугун
- •Легированные чугуны
- •8.3. Порядок выполнения работы
- •8.4. Содержание отчета
- •8.5. Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № 9. Термическая обработка углеродистой стали
- •9.2. Теоретическое обоснование
- •9.3. Порядок выполнения работы Задание
- •Сталь у12 (Сталь у8)
- •9.4. Содержание отчета
- •9.5. Контрольные вопросы
- •10.2. Теоретическое обоснование
- •10.3. Порядок выполнения работы
- •Задание
- •10.5. Контрольные вопросы
- •Литература
- •Приложение 1
- •Приложение
- •Рекомендуемая литература Основная
- •Дополнительная и справочная
Углеродистые качественные стали
Эти стали характеризуются более низким содержанием вредных примесей и неметаллических включений. Они поставляются в виде проката, поковок с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Стали маркируются словом «сталь» и двухзначными числами 05, 08, 10, 15, 20 ...85, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050-74). Спокойные углеродистые качественные стали маркируются без индекса, полуспокойные и кипящие с добавлением соответственно «пс» и «кп». Например, сталь 20кп.
Низкоуглеродистые стали типа 05, 08, 10 - малопрочные, высокопластичные, применяются для холодной штамповки различных изделий. Стали 10, 20, 25 - пластичны, хорошо штампуются и свариваются, применяются для изготовления крепежных деталей, втулок, осей, кулачков и др. Низкоуглеродистые стали могут насыщаться с поверхности углеродом (цементация).
Среднеуглеродистые стали 30, 35, 45, 50 имеют повышенную прочность, но меньшую вязкость и пластичность. Применяют эти стали для изготовления небольших валов, шатунов, зубчатых колес и др. Изделия после механической обработки подвергают закалке и высокому отпуску (термическому улучшению).
Стали 60, 65, 70, 75, 80 и 85 применяют для изготовления рессорно-пружинных изделий.
Инструментальные углеродистые стали
Инструментальные углеродистые стали содержат более 0,7 %С и отличаются высокой твердостью и прочностью. Эти стали делятся на качественные и высококачественные. Марки качественной стали по ГОСТ 1437-74 следующие: У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13; высококачественной: У7А, У8А, У13А. Цифры в марке показывают среднее содержание углерода в десятых долях процента.
Стали У7, У8, У9 имеют достаточно высокую вязкость и применяются для инструментов, подвергающихся ударам: столярного, слесарного, кузнечного инструмента, матриц, пуансонов и др.
Стали У10, У11, У12 применяют для инструмента с высокой твердостью на рабочих гранях (НRС 62…64). Это напильники, пилы, метчики, резцы, калибры и т.д.
Сталь У13 используют для инструментов, требующих наиболее высокую твердость: шаберов, гравировального инструмента.
Высококачественные стали имеют то же назначение, что и качественные, но из-за большей вязкости их применяют для инструментов с тонкой режущей кромкой.
Микроисследование углеродистой стали
Стали в отожженном состоянии состоят из феррита, цементита, перлита. Структура стали в отожженном состоянии определяется содержанием в ней углерода и характеризуется нижней левой частью диаграммы состояний железо-цементит.
Микроструктура технического железа (С < 0,02%) - это феррит с незначительным количеством третичного цементита, который обычно располагается по границам зерен основной фазы (рис.7.2, а).
Структура доэвтектоидной стали (0,02<С<0,8%) после отжига представлена ферритом и перлитом. Фазы в поле микроскопа имеют разную окраску: феррит – светлую, а перлит - темную (рис. 7.2, б).
С увеличением в стали содержания углерода количество перлитной фазы будет возрастать, при этом прочность и твердость стали повышаются, а пластичность уменьшается, т.к. в состав перлита входит очень твердая цементитная фаза.
Соотношение площадей структурных составляющих доэвтектоидных сталей с достаточной точностью определяет содержание в них углерода (табл. 7.1.).
Таблица 7.1
Химический и фазовый состав сталей
Марка 20 40 60 80
Содержание углерода % 0,2 0,4 0,6 0,8
Площадь перлита % 25 50 75 100
Площадь феррита % 75 50 25 0
Структура эвтектоидной стали (С = 0,8%) после отжига состоит полностью из перлита, который в зависимости от термической обработки может быть пластинчатым (рис. 7.2, в) или зернистым. Твердость и предел прочности на растяжение эвтектоидной стали выше, чем доэвтектоидной, а пластичность ниже.
Структура заэвтектоидной стали (С>0,8%) состоит из перлита и вторичного цементита. В зависимости от вида термической обработки вторичный цементит может наблюдаться на микрошлифе в виде светлых, небольших по величине зерен, либо в виде светлой сетки по границам зерен перлита (рис.7.2, г).
Количество вторичного цементита в структуре заэвтектоидной стали невелико и увеличивается с увеличением содержания углерода в ней. Наличие в структуре стали цементита приводит к значительному повышению ее твердости и снижению пластичности по сравнению с эвтектоидной сталью.
Величина зерна стали - один из важнейших факторов, влияющих на ее свойства. Стали, имеющие мелкие зерна, обычно обладают более высокими механическими свойствами, особенно пластичностью и вязкостью при обычной температуре. С укрупнением зерна понижается ударная вязкость, твердость и другие свойства стали. Величина зерен стали характеризуется соответствующим номером зерна стандартной шкалы ГОСТ 5639 [6].