ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ. прок. Комкина 1. Образовательное учреждение высшего образования национальный исследовательский мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва
 Скачать 6.77 Mb.
|
|
Микроструктура сталей и чугунов По структуре стали делятся следующим образом: Ферритные, с содержанием углерода до 0,025%. Они имеют структуру феррита (рис. 10). Из-за низкого содержания углерода данные стали часто называют «техническое железо». Доэвтектоидные, содержащие углерода от 0,025 до 0,8%. Структура этих сталей состоит из феррита - светлые зерна и перлита - темные зерна (рис. 11) Эвтектоидные, содержащие 0,8% углерода. Структура состоит из перлита, что показано на рис. 12. Заэвтектоидные, содержащие углерода более 0,8%, Структура состоит из перлита и цементита (рис. 13).
По микроструктуре белые чугуны делятся на: Доэвтектические с % содержанием углерода от 2,14 до 4,7% с микроструктурой из перлита, вторичного цементита и ледебурита (рис. 14). Эвтектические с 4,3% углерода и со структурой из одного ледебурита (рис. 15). Заэвтектические с % содержанием углерода от 4,3 до 6,67% со структурой из первичного цементита и ледебурита (рис. 16).
Серые чугуны в микроструктуре имеют пластинчатый графит (рис. 17), который располагается в металлической основе (перлитная, ферито-перлитная, перлито-цементитная). Модифицированные и легированные чугуны имеют микроструктуру аналогичную серому чугуну, но в результате модифицирования кремнием, кальцием и др. или легирующими элементами (хром, никель и др.) с увеличением центров кристаллизации, получается более мелкозернистая структура. Ковкие чугуны в микроструктуре имеют хлопьевидный графит (рис. 18), который располагается в металлической основе (феррит, перлит, феррито-перлит). Высокопрочный чугун получается модифицированием серого чугуна магнием с последующей добавкой ферросилиция со структурой перлита, феррита и шарообразного графита (рис. 19).
Назначение и классификация сталей и чугунов Применяемые в практике стали содержат, кроме углерода до 0,4% кремния, 0,5-0,8% марганца и 0,02 - 0,05% серы и фосфора. Кремний и марганец растворяясь в феррите упрочняют сталь. Сера, образуя соединение FeS, вызывает красноломкость (хрупкость при повышенных температурах). Фосфор, растворяясь в феррите, вызывает хладноломкость. По химическому составу стали бывают углеродистые и легированные. По назначению стали подразделяются на: конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов (С<0,7%); инструментальные – применяются для изготовления различных инструментов (C≥0,7%); специальные – стали с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами и др. По качеству в зависимости от содержания вредных примесей (серы и фосфора) стали подразделяются на следующие группы: 0,04≤S≤0,06%, 0,04≤Р≤0,08% - углеродистые стали обыкновенного качества: P,S=0,03…0,04 % - качественные стали; P,S≤0,03% - высококачественные стали. Конструкционные стали бывают обыкновенного качества и качественные. Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-2005) подразделяют на группы А, Б и В. Стали группы А характеризуются механическими свойствами; группы Б - химическим составом и группы В - механическими свойствами и химическим составом. По степени раскисления эти стали бывают кипящими (кп), полуспо- койными (пс) или спокойными (сп). В зависимости от нормируемых показателей механических свойств эти стали подразделяют также на ряд категорий. Конструкционные стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрой - номером стали, например Ст 3, Ст 5 и г.д. Группа стали указывается соответствующей буквой в начале марки БСт 1, ВСт6, в марке группы А такая буква не ставится - Ст4. В марке указывается также степень раскисления стали (Ст1кп; БСт2пс) и в конце - категория - Ст2кпЗ; ВСт4кп4 (первая категория не указывается - Ст1сп). Химический состав некоторых углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества представлен в таблице 4.1. Качественные конструкционные стали (ГОСТ 1050-88) отличаются меньшим содержанием серы и фосфора (< 0,04%), в них строже регламентируется содержание других элементов, неметаллических примесей. Эти стати маркируются числами 08, 10, 15, 20,..85, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. По степени раскисления они могут быть также кипящими, полуспокойными или спокойными. Инструментальные стали (ГОСТ 1435-99) подразделяют на качественные: У7, У8...У13 и высококачественные: У7А, У8А...У13А. Числа в марке указывают содержание углерода в десятых долях процента, буква А в конце марки обозначает высококачественную сталь. Химический состав некоторых углеродистых инструментальных качественных и высококачественных сталей представлен в таблице 4.3. Легированные стали - стали в которых содержатся специально введенные (легирующие - Сr, Ni, Mo, V, Ti и др.) элементы, изменяющие их свойства. Мп>1% и Si>0,5% также являются легирующими. Легирующие элементы в марках стали обозначают буквами: Х - хром, Н - никель, М - молибден, В - вольфрам, К - кобальт, Т - титан, А-азот, Г'- марганец, Д - медь, Ф - ванадий, С - кремний, П - фосфор, Ю - алюминий, Р - бор, Б - ниобий, Ц - цирконий. Число в начале марки конструкционной стали указывает на содержание углерода в сотых долях процента, цифры после букв - среднее содержание обозначенного этими буквами элемента в процентах. Например, марка 18Х2Н4В обозначает сталь со средним содержанием 0,18% С, 2% Cr, 4% Ni и около 1% W или 12ХН2А - 0,12% С, 1% Cr, 2% Ni, а буква А в конце марки указывает на то, что сталь высококачественная. При маркировке инструментальных и некоторых специальных сталей иногда отходят от этого правила. Например, марка Х12М обозначает сталь с содержанием около 1,5% С , 12% Сr, 0,5% Мо. Некоторые легированные стали выделены в отдельные группы: Ш- шарикоподшипниковые, Р- быстрорежущие, Е- магнитные и др. Стали, находящиеся в стадии исследования, обозначают буквами ЭИ и условным номером (ЭИ943) и пробные - буквами ЭП и условным номером (ЭП54). Легированные стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и со специальными физическими свойствами. К конструкционным легированным сталям (ГОСТ 4543-71) относятся стали, применяемые для изготовления цементируемых и улучшаемых термообработкой деталей машин, рессор и пружин, шарико- и роликоподшипников, жаропрочные, износо- и коррозионностойкие стали. Эти стали легируют разнообразными элементами - Mn, Ni, Si, Сг, Mo, Ti, А1 и др. К инструментальным (ГОСТ 5950-2000) относятся стали для режущего, штампового, измерительного инструмента. Эти стали доллжны облагать высокой твердостью и износостойкостью, поэтому их легируют в основном карбидообразующими элементами - Сг. W, V, Мо и др. К сталям и сплавам со специальными физическами свойствами относятся магнитные материалы, с высоким электросопротивлением, с заданным коэффициентом линейного расширения, с особыми упругими свойствами. Большинство из них отличаются высоким содержанием Ni. Сr и др. Белые чугуны в изломе из-за углерода в виде цементита имеют белый блестящий цвет. Они обладают высокой твердостью и износоустойчивостью, хрупкие и плохо поддаются обработке резанием, из-за этого ограниченно применяются в машиностроении. В частности, они используются для изготовления валиков мукомольных мельниц, вагонных колес с отбеленным ободом, лемехов плугов с отбеленным носком и лезвием. Большинство передельных чугунов являются белыми Серые чугуны (ГОСТ 1412-85) в изломе имеют серый цвет. Они самый дешевый литейный материал, хорошо обрабатывается резанием. Наличие пластинчатых включений графита, представляющих по существу пустоты с острыми надрезами, обусловливает низкие механические свойства. Из серых чугунов изготавливаются разнообразные детали: корпуса насосов, станины, кронштейны, корпуса коробок передач и др. ГОСТом установлены следующие марки серых чугунов: СЧ 00 (без испытания механических свойств), СЧ 12, СЧ 15, СЧ18, СЧ21, СЧ 24. Цифра в марках обозначает предел прочности на разрыв в кгс/см2 (10-1Мпа). Химический состав и механические свойства некоторых серых чугунов представлены в таблице 4.4. Модифицированные чугуны в изломе имеют серый цвет и маркируются как серые чугуны, применяются для изготовления ответственных деталей: станин станков, блоков и картеров двигателей, цилиндровых втулок, поршней крупных двигателей и др. ГОСТом предусмотрены следующие марки чугунов: СЧ 28, СЧ 32, СЧ 35, СЧ 38. Легированные чугуны - обычно серые или модифицированные, в которые во время плавки введены небольшие легирующие добавки для придания специальных свойств. Они маркируются так же как и серые, только в чертежах деталей указывается количественный состав легирующих элементов. Ковкие чугуны (ГОСТ 1215-85) получаются из белых чугунов путем длительного отжига (в начале получают отливки из белого чугуна, затем отжигают в камерных печах). Они обладают высокой прочностью и ударной вязкостью, из них изготовляют детали автомобилей, сельскохозяйственных и других машин, имеющих сложную форму и тонкое сечение и работающих в условиях ударной нагрузки (мосты автомобилей, картеры, зубчатые колеса, звездочки и др.). По ГОСТу ковкие чугуны маркируются ферритные - КЧ 30-6, КЧ 33- 8, КЧ 37-12, перлитные - КЧ 50-5, КЧ 55-4. Первые цифры обозначают предел прочности на разрыв в кгс/см2 , вторая цифра - относительное удлинение в %. Химический состав и механические свойства некоторых ковких чугунов представлены в таблице 4.5. Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293-85) получаются модифицированием серого чугуна магнием с последующей добавкой ферросилиция, что придает им высокую прочность и вязкость, приближая их по свойствам к сталям. Они обладают высокими литейными и антифрикционными свойствами, хорошо обрабатываются резанием. Из них изготавливаются ответственные детали: коленчатые валы, зубчатые колеса, корпуса задних мостов автомашин и др. Они маркируются (ГОСТ 7293-85): ферритные - ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45; перлитные - ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100. Цифра означает предел прочности на разрыв в кгс/см2. Химический состав и механические свойства некоторых высопрочных чугунов представлены в таблице 4.6. Практическое задание Расшифровать следующие марки сталей и чугунов:
08кп - это нелегированная качественная сталь, применяется для деталей, к которым предъявляются требования высокой пластичности: шайбы, вилки, шпильки, прокладки и другие неответственные ненагруженные детали. Сталь 08кп содержит в среднем 0,08% углерода. Марка: 20Х К конструкционным легированным сталям (ГОСТ 4543-71) относятся стали, приме¬няемые для изготовления цементируемых и улучшаемых термообработкой деталей машин, рессор и пружин, шарико- и роликоподшипников, жаро¬прочные, износо- и коррозионностойкие стали. Эти стали легируют разно¬образными элементами - Mn, Ni, Si, Сг, Mo, Ti, А1 и др. Марка: У13А Классификация: Сталь инструментальная углеродистая Применение: инструменты повышенной износостойкости, работающие при умеренных и значительных давлениях без разогрева режущей кромки Т15К6 говорит о том, что он состоит из двух карбидов (титана и вольфрама) и кобальта. Основу сплава составляет WC (карбид вольфрама), TiC (карбид титана) не превышает 15% объема, а кобальт, который обеспечивает связку этих двух компонентов, не превышает 6%. По сути - это композит. КЧ 50 - 5 - Ковкий (серый) чугун (ГОСТ 1215-79) Первое число: 50 - временное сопротивление при растяжении (в МПа * 0,1) Второе число: 5 - относительное удлинение в %. Контрольные вопросы Что называется сталью? Сталь - это смесь железа и углерода, сплавленная вместе с одним или несколькими другими металлами или неметаллами. Поскольку сталь представляет собой смесь, а не химическое соединение, сталь не имеет заданной формулы химического соединения.%. Что называется чугуном? Чугуном принято называть железоуглеродистые сплавы, содержащие углерод при нормальных условиях кристаллизации выше предела растворимости в аустените и эвтектику в структуре. В соответствии с диаграммой состояния железоуглеродистых сплавов чугуном являются сплавы, содержащие углерода более 2%. Эвтектика в структуре этих сплавов в зависимости от условий ее образования может быть карбидной или графитной. |
