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.