Цель работы: Целью работы является изучение влияния углерода в стали на ее структуру и свойства.
Задание 1.
Изучить микроструктуру отожженной углеродистой стали при разном содержании
углерода в ней по диаграмме состояния «железо – углерод».
Задание 2. Выполнить микроанализ сталей с разным содержанием углерода в них.
Задание 3. Классифицировать стали по микроструктуре в равновесном состоянии.
Задание 4. Определить содержание углерода в стали, присвоить марку в соответствии с ГОСТом.
Задание 5. Начертить график зависимости свойств сталей от содержания примесей.
ЭТАЛОН ОТВЕТА
Задание 1.
5) Линии диаграммы: АВСВD (линия ликвидус) - место точек начала кристаллизации характеризует начало первичной кристаллизации, происходящей при затвердевании жидкой фазы.
6) Линия AHJECF (линия солидус) - место точек конца кристаллизации характеризует конец первичной кристаллизации, происходящей при затвердевании жидкой фазы.
7) Линии ES и PQ показывают предельную растворимость углерода соответственно в аустените и феррите.
8) При понижении температуры растворимость уменьшается и избыток углерода выделяется в виде цементита.
Задание 2.
Сплавы железа с углеродом, содержащие до 0,02% С, называют техническим железом.
Сплавы железа с углеродом при содержании углерода от 0,02 до 2,14% носят название сталей (от 0,02 до 0,8% - доэвтектоидные стали, от 0,8 до 2,14 % - заэвтектоидные стали).
Сплавы железа с углеродом, содержащие от 2,14 до 6,67 %С называются чугунами (от 2,14 до 4,3 % С – доэвтектические, от 4,3 до 6,67 %С - заэвтектические чугуны).
Задание 3.
Углерод - основной легирующий элемент, оказывающий определяющее влияние на свойства и структуру стали. Увеличение содержания углерода в стали до 0,8% приводит к повышению прочностных свойств, твердости и снижению пластичности за счет замены мягкого феррита на более прочный перлит.
Снижение прочности при содержании углерода свыше 0,8% в сталях, не подвергнутых термической обработке, связано с появлением хрупкой цементитной сетки по границам перлитных зерен.
Структура сталей в равновесном состоянии при различном содержании углерода показана на рисунках.
Задание 4.
а - доэвтектоидная сталь (0,1%С);
б - доэвтектоидная сталь (0,6%С);
в - эвтектоидная сталь (0,8%С);
г - заэвтектоидная сталь (1,2%С)
Задание 5.
Задание 6.
Написать вывод
Критерии оценки
Отметка «5» ставится за правильно выполненную работу в полном объёме
отметка «4» ставится за правильно выполненные 4-5 заданий с обязательным написанием вывода;
отметка «3» ставится за правильно выполненные 3 задания с обязательным написанием вывода;
отметка «2» ставится за выполненные2 и менее заданий и отсутствие вывода.
Практическая работа № 6. Влияние легирующих элементов на превращение при отпуске Время выполнения - 1 урок
Задание1. По диаграмме изотермического распада аустенита для сталей различных классов представленных на чертеже определить класс стали.
- мартенситный (б)
- перлитный (а)
- аустенитный (в)
Задание 2. Дать полное название материала и расшифровать его марку.
Задание 3. Привести примерный химический состав материала детали; указать главные компоненты сплава, а также определить его механические характеристики.
Задание 4. Определить по чертежу твердость, необходимую для этой детали.
Задание 5. Указать причины, влияющие на выбор определенной твердости детали.
Задание 6. Указать последовательность химико-термических, термических операций, необходимых для получения заданной твердости детали.
Задание 7. Описать технологию проведения химико-термических, термических операций, (т.е. указать температуры нагрева, время выдержки, охлаждающие среды) для достижения заданной твердости детали.
Задание 8. Указать структуру, полученную в результате ХТО и ТО.
ЭТАЛОН ОТВЕТА
Задание 1
1-б; 2-а, 3-в
Задание 2 Полное наименование материала детали – сталь углеродистая качественная конструкционная.
Задание 3. Химический состав стали 45 ГОСТ 1050-88:
а) содержание углерода С – 0,42…0,5%;
б) содержание марганца Мn – 0,5…0,8%;
в) содержание кремния Si – 0,17…0,37%;
г) содержание хрома Cr – не более 0,25%;
д) содержание никеля Ni – не более 0,25%;
е) содержание серы S – не более 0,04%;
ж) содержание фосфора Р – не более 0,035%.
Главными компонентами в данном сплаве являются железо и углерод; содержание углерода составляет приблизительно 0,45%. С увеличением содержания углерода повышаются прочность и твердость, но снижается пластичность сталей. Кроме углерода, на свойства сталей большое влияние оказывают другие примеси. Т.к. в данном материале находится менее 0,25% хрома, то данная сталь относится к некоррозионностойким.
Физические свойства стали 45 ГОСТ 1050-88:
а) плотность стали r=7814 кг/м3;
б) теплопроводность составляет l=46 Вт/(м×К);
в) температурный коэффициент линейного расширения a=11,52×106 К-1;
г) примерная температура плавления составляет 1525°С.
металлургических комбинатов сталь отгружается потребителям в отожженном состоянии, а в процессе изготовления детали, материал часто подвергается термической обработки для изменения механических свойств.
Механические свойства стали 45 ГОСТ 1050-88:
а) предел прочности sв=620 МПа;
б) условный предел текучести s0,2=380 МПа;
в) относительное удлинение d=16%;
г) относительное сужение Y=40%;
д) твердость по Бринеллю НВ=2070 МПа;
е) ударная вязкость – КСU=0,5 МДж/м2.
В технических требованиях на деталь указывается твердость материала детали, полученная в результате термической обработки. Если твердость не указана, то деталь не подвергалась термической обработке
Согласно техническим требованиям, приведенным на чертеже детали, твердость детали составляет 40…45 HRCэ.
Задание 4. Заданная твердость необходима, как правило, для изготовления рессор и пружин. Рессоры и пружины должны обладать оптимальным сочетанием прочности, твердости и упругости. Для этого после проведения закалки применяют средний отпуск. Для снятия внутренних напряжений при сохранении полученной при закалке твердости, проводят низкий отпуск. Его используют и при изготовлении режущих инструментов.
Задание 5. Последовательность операций термической обработки: закалка, затем следует средний отпуск.
Задание 6. Температурный интервал проведения закалки для стали 45 ГОСТ 1050-88 составляет 810°…830°С. В качестве охлаждающей среды при проведении закалки служит минеральное масло.
Задание 7. Время нагрева и выдержки в печи рассчитывается следующим образом:
а) для проведения нормализации и закалки общее время нагрева вычисляется из расчета: 1,5 мин на 1 мм диаметра или толщины детали;
б) время выдержки в печи при отпуске выбирается из расчета:
- при температуре 200°С – 30 минут,
- при температуре 400°С – 20 минут,
- при температуре 600°С – 10 минут; с увеличением по одной минуте на каждый 1 мм диаметра или толщины детали.
Задание 8. Результатом проведения указанных операций термической обработки является структура – троостит отпуска с твердостью порядка 32...41,5 HRCэ.
Критерии оценки
Отметка «5» ставится за правильно выполненные 7-8 заданий
отметка «4» ставится за правильно выполненные 6 заданий
отметка «3» ставится за правильно выполненные 5
отметка «2» ставится за выполненные 4 и менее заданий.
Практическая работа № 7. Построение диаграмм термическим методом.