Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение» для студентов направления подготовки бакалавров. Ткаченко Ю.С., Симонова Ю.Э

1. доэвтектоидный,

2. заэвтектоидный,

3. ледебуритный,

4. полуферритный,

5. ферритный.

Классификация сталей по структуре в нормализованном состоянии.

В основу этой классификации положены диаграммы изотермического распада аустенита. В зависимости от того, какую структуру приобретают образцы диаметром 25 мм после нормализации (охлаждения на воздухе), различают три основных класса сталей: а – перлитный, б – мартенситный и в – аустенитный (рис. 14).

К сталям перлитного класса относятся доэвтектоидные и заэвтектоидные стали с содержанием легирующих элементов до 5 %. В этих сталях аустенит при охлаждении на воздухе превращается в феррито-цементитную смесь с образованием перлита, сорбита или троостита. По назначению эти стали могут быть конструкционными или инструментальными.

Стали мартенситного класса могут иметь то же количество углерода, что и стали перлитного класса, но должны обязательно содержать повышенное количество (13-15 %) легирующих элементов. При охлаждении на воздухе аустенит этих сталей претерпевает бездиффузионное мартенситное превращение.

Стали аустенитного класса содержат большое количество легирующих элементов (15…30 %), обычно хрома или марганца. В этих сталях аустенит сохраняется даже при охлаждении на воздухе. Такие стали имеют особые физические свойства: кислотостойкость, жаростойкость, коррозионную стойкость, специальные магнитные свойства и т. д.

Конструкционные стали. Эти стали предназначены для изготовления коленчатых валов, шатунов, осей, пальцев, втулок, зубчатых колес, валов, коробок передач и для многих других деталей, испытывающих в работе статические и динамические нагрузки. К ним предъявляются следующие основные требования:

Рис. 14. Диаграммы изотермического распада аустенита

1. Высокие механические свойства, т.е. стали должны сочетать высокую статическую прочность (σ_В= 800…130 МПа, σ_0.2 = 400…1000 МПа) с хорошей пластичностью (ψ ≥ 50 % и δ = 13…17 %) и ударной вязкостью (а_К=10…14 кДж/м²).

2. Высокий предел усталости σ_-1 = 500550 МПа для образцов диаметром 10 мм .

3. Высокое сопротивление износу.

Малая чувствительность к надрезу.

4. Хорошая прокаливаемость.

5. Хорошие технологические свойства (хорошая обрабатываемость резанием, ковкость, отсутствие дефектов при термической обработке и т.д.).

В конструкционных сталях этого назначения содержание углерода колеблется от 0,1 до 0,55 %, содержание легирующих элементов в сумме не должно превышать 6 %, так как при большом содержании углерода и легирующих элементов в стали наблюдается резкое падение вязкости и пластичности.

Необходимо помнить, что конструкционные легированные стали обладают лучшим комплексом механических свойств по сравнению с углеродистой сталью только при соответствующей термической обработке. Поэтому для деталей, которые не требуют упрочняющей термической обработки (закалки с последующим отпуском), легированные стали применять не рекомендуется, так как это не экономично.

Конструкционные легированные стали могут подвергаться различным видам термической обработки и делятся на цементуемые (С = 0,1-0,3 %) и улучшаемые (С = 0,3-0,55 %).

Цементуемыестали. Для высоконагруженных и крупных деталей применяются качественные и высококачественные стали следующих марок: 15Х, 15ХФ, 18ХГТ, 12ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4 и др. Эти стали имеют большую прокаливаемость, обладают более высокой прочность и вязкостью, чем углеродистые стали. Новые марки стали, применяемые для цементации: 15ХНТА, 18ХГТЦ, 20ХГР, 25Х2Н2ТА, 30ХГТ, 30ХГТЦ и др.

Улучшаемые стали. Для ответственных деталей сечением до 30 мм² применяются стали марок: 40ХА, 40ХГОА, 30ХГСА и др., сечением до 50 мм² и выше – высоколегированные стали марок: 37ХН3А, 40ХНМА, 40ХНВА и др.

Инструментальные стали для режущего инструмента.

Режущие инструменты (резцы, фрезы, сверла и др.) могут быть изготовлены из углеродистых, легированных, быстрорежущих сталей, а также твердых сплавов.

Основные требования, предъявляемые к сталям для режущего инструмента:

1. Высокая прочность и износоустойчивость при достаточно высокой вязкости.

2. Высокая красностойкость (для инструмента работающего с большими скоростями резания). Под красностойкостью понимают способность стали сохранять достаточно длительное время высокую твердость (структуру мартенсита) и режущие свойства при нагреве до высоких температур.

3. Малая деформация при закалке (особенно важна при изготовлении инструмента сложной конфигурации).

4. Хорошие технологические свойства (хорошая обрабатываемость резанием в отожженном состоянии, отсутствие склонности к обезуглероживанию при нагреве и т.д.).

Обычная легированная сталь для режущих инструментов содержит от 0,7 до 1,5 % углерода и в сумме от 1 до 3 % легирующих элементов (Cr, Mn, W, V, Si). Термическая обработка этих сталей состоит из закалки с температуры выше точки А₁ и последующего низкого отпуска 150…200 ºС. По своим режущим свойствам легированные стали мало отличаются от углеродистых сталей с таким же содержанием углерода. Но они имеют лучшие технологические свойства: большую прокаливаемость (до 30 мм), а поэтому закаливаются в масле; обладают меньшей деформацией при закалке и т.д.

Порядок выполнения работы

1. Исследовать микроструктуру нескольких марок легированных сталей.

2. Определить химический состав стали по марке.

3. Исходя из химического состава, приближенно определить класс стали по структуре.

Содержание отчета

1. Описание влияния легирующих элементов на термическую обработку стали.

2. Зарисовки микроструктур легированных сталей. Под каждым рисунком указать марку, химический состав, режим термической обработки, микроструктуру, механические, физические и химические свойства, область применения.

3. Указать класс стали по структуре в отожженном и нормализованном состояниях.

4. График режима термообработки быстрорежущей стали Р18.Описать процессы, которые происходят в этой стали при нагреве, указать, какую роль играют первичные карбиды, а также почему эту сталь необходимо нагревать под закалку до высоких температур.

Библиографический список

1. Материаловедение [Текст]: учебник / В.Н. Гадалов, С.В. Сафонов, Д.Н. Романенко, Ю.В. Скрипка, Т.Н. Розина. – М.: Аргамас-Медиа. Инфра, 2014 – 272 с.

2. Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов [Текст]: учебник / Г.П. Фетисов. – М.: Высш. шк., 2008. -638 с.

3. Лахтин Ю.М. Материаловедение [Текст]: учебник / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. – М.: Машиностроение, 1990. – 527 с.

СОДЕРЖАНИЕ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению контрольной работы

по дисциплине «Материаловедение»

для студентов направления подготовки бакалавров 150700.62 «Машиностроение» (профиль

«Технологии, оборудование и автоматизация

машиностроительных производств»)

всех форм обучения

Составители:

Ткаченко Юрий Сергеевич

Симонова Юлия Эдуардовна

В авторской редакции

Компьютерный набор Ю.Э. Симоновой

Подписано к изданию 20.03.2015.

Уч. – изд. л. 3,7. «С»

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

394026 Воронеж, Московский просп., 14