ргр по кмос. Уваров В.В. Влияние содержания углерода. Государственный аэрокосмический
 Скачать 196.07 Kb.
|
|
Министерство образования Российской Федерации Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королёва ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ Методические указания к практическому занятию Самара, 2004 ББК 461 И20 УДК 621.74:629.7(075.8) Сост. Уваров В.В., Заббаров Р., Носова Е.А. Уваров В.В., Заббаров Р., Носова Е.А. Влияние содержания углерода на механические свойства углеродистых сталей: Методические указания к практическому занятию. В методических указаниях изучается влияние содержания углерода на основные механические свойства углеродистых сталей. В качестве основных механических свойств использованы предел текучести и прочности, относительное удлинение, твёрдость и ударная вязкость. Выполнение данной работы позволяет наглядно показать уровень формирования свойств в сталях с различным содержанием углерода. Предназначены для студентов технологических специальностей 11060, 120400, 130100, 130200 и 130300, изучающих курсы «Технология конструкционных материалов», «Основы производства и обработки металлов», «Материаловедение». Подготовлено на кафедре «Технология металлов и авиаматериаловедение» Печатается по решению редакционно-издательского совета Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П.Королёва. Рецензент – кандидат технических наук, доцент Чертков Г.В. ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ Цель работы – исследовать влияние содержания углерода на механические свойства сталей: предел прочности при растяжении В, относительное удлинение , твёрдость НВ, ударную вязкость KCV. Определение и общая характеристика углеродистых сталей. Сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% С при малом содержании других элементов, называется углеродистыми сталями. В машиностроении эти стали используются для изготовления деталей разного, чаще всего неответственного, назначения и являются достаточно дешёвым материалом. В промышленности эти стали поставляются в виде проката, поковок, профилей различного назначения. Углеродистые стали выплавляются в электропечах и кислородных конвертерах. Наилучшими свойствами обладает электросталь, более чистая по содержанию вредных примесей – серы и фосфора, а также газов и неметаллических включений. По качеству различают стали обычного качества и качественные стали. Стали обыкновенного качества содержат не более 0,05%S и не более 0,04%Р. качественные стали содержать не более 0,04%S и не более 0,35% Р, они менее загрязнены неметаллическими включениями и газами. Стали обыкновенного качества изготавливают по ГОСТ 380-94. Обозначают их буквами «Ст» и цифрами от 0 до 6, например, СТ0, Ст1,….., Ст6. Цифры – условный номер марки стали в зависимости от её химического состава. Химический состав стали должен соответствовать нормам, указанным в табл.1. Таблица 1 Содержание элементов в углеродистых сталях обыкновенного качества, %
Примечания: В сталях Ст 1 – Ст 6 допускается не более 0,3%Cr; 0,3%Ni; 0,3%Cu; 0,3%As; 0,01%N. В сталях, выплавленных из керченких руд, допускается до 0,15%As и 0,05%Р. В сталях, выплавленных в электропечах, допускается не более 0,012%N. Чем больше цифра условного номера стали, тем выше в ней содержание углерода. В конце обозначения марки стоят буквы «кп», «пс», «сп», которые указывают на способ раскисления: «кп» – кипящая, «пс» – полуспокойная, «сп» спокойная. Как правило, продукция из сталей обыкновенного качества поставляется в нормализованном состоянии (нагрев и выдержка при температурах выше фазовых превращений с последующим охлаждением на воздухе). Качественные углеродистые стали, поставляемые по химическому составу и по механическим свойствам (ГОСТ 1050-88) маркируются двузначными числами 05, 08, 10, 15, …., 60, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. При обозначении кипящей или полуспокойной стали в конце марки указывается степень раскисления: кп или пс. В случае спокойной стали степень раскисления не указывается. По содержанию углерода качественные углеродистые стали подразделяются на низкоуглеродистые (до 0,25%С), среднеуглеродистые (0,3- 0,5%С) и высокоуглеродистые (до 0,65% С). состав и свойства некоторых марок сталей обыкновенного качества и качественных углеродистых сталей приведены в табл.2 и 3 Таблица 2 Состав и свойства некоторых марок углеродистых сталей обыкновенного качества в нормализованном состоянии
Примечание: В кипящих сталях Ст1кп-Ст4кп значения В на 10-20 МПа, 0,2 на 10 МПа меньше, а на 1% больше, чем в приведённых сталях тех же марок. Качественные углеродистые стали, поставляемые по химическому составу и по механическим свойствам (ГОСТ 1050-88) маркируются двузначными числами 05, 08, 10, 15, …., 60, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. При обозначении кипящей или полуспокойной стали в конце марки указывается степень раскисления: кп или пс. В случае спокойной стали степень раскисления не указывается. По содержанию углерода качественные углеродистые стали подразделяются на низкоуглеродистые (до 0,25%С), среднеуглеродистые (0,3- 0,5%С) и высокоуглеродистые (до 0,65% С). состав и свойства некоторых марок сталей обыкновенного качества и качественных углеродистых сталей приведены в табл.2 и 3 Таблица 2 Состав и свойства некоторых марок углеродистых качественных сталей в нормализованном состоянии (ГОСТ 1050-88)
Примечания: В сталях допускается не более 0,8%Mn; 0,37%Si; 0,04%S; 0,035%P; 0,25%Cr; 0,30%Ni, 0,30%Cu; 0,08%As. Механические свойства указаны для стальных заготовок с поперечным сечением до 80 мм. Ударная вязкость сталей 25….60 дана после улучшения (закалки и высокого отпуска при 600ОС). Значения НВ в скобках даны после отжига, без скобок – в нормализованном состоянии или после высокого отпуска. Углеродистые стали, содержащие 0,7-1,3%С относят к инструментальным и пружинным сталям. Их используют для изготовления ударного и режущего инструмента, а также для пружин и рессор, работающих в обычных условиях. Они маркируются У7, У8, ….У13, где «У» означает углеродистую сталь, а цифра – содержание углерода в десятых долях процента. Если в конце маркировки поставлена буква А, то это означает, что сталь улучшенного металлургического качества (У7А, У8А, …., У13А). Эти стали поставляют после отжига. Состав и основные свойства инструментальных сталей приведены в табл.4. Таблица 4 Влияние углерода на механические свойства горячекатаных сталей
Теоретические основы влияния углерода на структуру и свойства стали Углерод является важнейшим элементом, определяющим структуру и свойства стали. Даже малое изменение оказывает заметное влияние на свойства стали. Это связано с изменением структурных составляющих сплавов при увеличении содержания углерода в стали. Для железоуглеродистых сплавов характерны следующие фазовые и структурные составляющие, существующие при комнатной температуре и полученные при очень медленном охлаждении из расплава (равновесное состояние). Феррит – твёрдый раствор углерода в -железе - Fe (С). Максимальная растворимость углерода в феррите около 0,006%С при 20ОС. феррит имеет невысокую прочность и твёрдость, но высокую пластичность. Цементит – химическое соединение железа с углеродом Fe3C, обладает очень высокой твёрдостью и прочностью, но весьма хрупок. Перлит – это двухфазная структура, она представляет собой смесь феррита и цементита. Перлит образуется при медленном охлаждении (ниже 727ОС) и содержит 0,8%С. Установлено, что с увеличением углерода в структуре стали растёт содержание цементита. При содержании до 0,8%С сталь состоит из феррита и перлита, при содержании более 0,8%С в структуре стали кроме перлита появляется структурно-свободный вторичный цементит. Феррит имеет низкую прочность, но сравнительно высокую пластичность. Цементит же характеризуется высокой твёрдостью и прочностью, но низкой пластичностью (хрупок). Поэтому с ростом содержания углерода должны увеличиваться твёрдость и прочность, и уменьшаются пластичность и вязкость стали. Рост прочности происходит при содержании в стали 0,8-1,0%С. при увеличении содержания более 1%С уменьшается не только пластичность, но и прочность стали. Это связано с образованием хрупкого цементита вокруг перлитных зёрен, легко разрушающихся при нагружении. Углерод оказывает существенное влияние и на технологические свойства стали: свариваемость, обрабатываемость резанием и давлением. С увеличением содержания углерода ухудшается свариваемость, а также способность деформироваться в горячем, и особенно в холодном, состоянии. Основные механические свойства и методы их определения В данном разделе излагаются лишь краткие понятия об основные механических свойствах, ставящие цель напомнить их содержание, изученное в дисциплине «Сопротивление материалов». Механические свойства материалов определяют на специальных образцах. В зависимости от условий приложения нагрузки различают статические и динамические испытания. При статических испытаниях нагрузка прилагается медленно и плавно возрастает. При динамических она прилагается с высокой скоростью. Испытания могут выполняться при нормальной (комнатной) или повышенной температуре. Наиболее распространёнными механическими характеристиками являются: твёрдость, пределы прочности и упругости, ударная вязкость. Определяют также предел выносливости и предел ползучести. Предел прочности определяют в испытаниях на растяжение, сжатие, кручение и изгиб. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||