ПР_1. Практическая работа анализ свойств, назначения и расшифровка марок углеродистых сталей цель работы

• Название: Практическая работа анализ свойств, назначения и расшифровка марок углеродистых сталей цель работы
• Дата: 02.01.2023
• Размер: 0.89 Mb.
• Имя файла: ПР_1.docx
• Тип: Практическая работа; #871006

ПР Анализ свойств, назначение и расшифровка марок углеродистых сталей

Практическая работа

АНАЛИЗ СВОЙСТВ, НАЗНАЧЕНИЯ И РАСШИФРОВКА МАРОК УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Цель работы

Научиться определять химический состав, свойства и применение углеродистых сталей по их маркам.

Краткие теоретические сведения

Сталь – это сплав железа с углеродом, где углерода содержится до 2,14% Сталь - основной материал, широко применяемый в машино- и приборостроении, строительстве, а также для изготовления различных инструментов. Она сравнительно недорога и производится в больших количествах. Сталь обладает ценным комплексом механических, физико-химических и технологических свойств.

Классификация сталей представлена на рисунке 1.1.



Стали классифицируют по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления и струк­туре.

Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскислением называют процесс удаления кислорода из жидкой стали. Нераскисленная сталь обладает недостаточной пластичностью и подвержена хрупкому разрушению при горячей обработке давлением.

Спокойные стали хорошо раскислены марганцем, алюминием и кремнием. Они затвердевают в изложнице спокойно, без газовыделения, с образованием в верхней части слитков усадочной раковины.

Кипящие стали раскисляют только марганцем. Они раскислены недостаточно. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании слитка частично реагирует с углеродом и выделяется в виде пузырей окиси углерода СО₂ создавая ложное впечатление «кипения» стали.

Полуспокойные стали по степени их раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими сталями. Ча­стично их раскисляют в печи и ковше, а частично — в изложнице за счет содержащегося в металле углерода. Ликвация в слитках полуспокойной стали меньше, чем в кипящей, и приближается к ликвации в слитках спокойной стали.

По качеству: стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные, особовысококачественные;

По способу производства: мартеновские, конвертерные, электростали;

-по назначению: конструкционные, инструментальные, стали с особыми свойствами;

По структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные;

По степени раскисления: кипящая, спокойная, полуспокойная;

По химическому составу: углеродистые и легированные.

УС = Fe + С + Si + Mn + S + Р ,

где (Fe и С - основные компоненты; Si, Mn , S , Р - постоянные примеси; S и Р – вредные примеси).

Железо: Fe имеет две модификации α и γ (показывает на плакате «железо-углерод»). С углеродом железо имеет химическое соединение Fe₃C - карбид железа (цементит), с содержанием углерода 6,67% в точке Д. Железо образует с углеродом твердые растворы внедрения: аустенит и феррит.

Аустенит - это твердый раствор внедрения углерода в γ -железо. Аустенит имеет КГЦ-решетку.

Феррит - это твердый раствор внедрения углерода в α -железо. Феррит имеет КОЦ - решетку.

Углерод - оказывает основное влияние на свойства стали. С увеличением содержания углерода в стали повышаются твердость и прочность и уменьшается пластичность и вязкость.

Сера - сера и фосфор являются вредными примесями, попадают в сталь при плавке из руды и топлива. Сера не растворяется в железе, а образует с ним сульфид железа, который образует эвтектику Fe - FeS.

Эта эвтектика при затвердевании в стали располагается вокруг зерен в виде легкоплавкой оболочки, а при горячей обработке (ковке, прокатке) такие оболочки расплавляются, теряется связь между зернами, образуются трещины. Это явление называется красноломкостью.

Устранить красноломкость можно, добавив к стали марганец.

Фосфор - растворяясь в феррите резко снижает, его пластичность, вызывает его внутрикристаллическую ликвацию (Это слово нужно записать на доске).

Ликвация - это неоднородность сплава по химическому составу. Ликвация способствует росту зерен, что приводит хрупкости изделий при обычной температуре. Такое явление называется хладноломкостью.

В стали допускаемое содержание серы и фосфора не более 0,05% каждого.

В автоматных сталях, где углерода содержится до 0,3% допускается содержание серы - до 0,2%, что облегчается снятие стружки) и фосфора - до 0,15%

Эти стали применяются для изготовления малоответственных деталей (болты, винты, гайки, изготовляемых на станках-автоматах).

Кремний и марганец - вводят в сталь для того, чтобы освободиться от закиси железа, которая образуется при плавке и ухудшает свойства стали. Этот процесс называется раскислением стали.

Раскисление стали - это удаление из жидкого металла кислорода, иначе стали будут хрупкими при горячей обработке.

Содержание марганца не должно превышать 0,75%, а кремния - 0,35%. В таком количестве кремний и марганец не оказывают влияния на механические свойства углеродистых сталей. Более высокое содержание кремния и марганца изменяет свойства стали и влияет на механическую и термическую обработку.

Стали, в которых содержится > 1% марганца и > 1% кремния называются специальными сталями.

Углеродистые стали бывают: конструкционные и инструментальные.

Конструкционные стали предназначены для изготовления различных деталей и конструкций машин и механизмов.

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного, штампового и др. инструментов.

Конструкционные стали бывают обыкновенного качества и качественные.

На качество стали влияют сера и фосфор. Сталь обыкновенного качества содержит серы < 0,055%, фосфора < 0,07%. Сталь качественная содержит серы < 0,04%, фосфора < 0,04%).

Маркировка сталей

Стали обыкновенного качества делятся на три группы: группа А, группа Б. группа В.

Стали группы A: Cm 0, Cm 1, Cm 2, Cm 3 ... Cm 6 предназначены для изготовления строительных конструкций, арматуры, крепежа, деталей машин, не несущих повышенных нагрузок. Стали этой группы предназначены для изделий, не подвергающихся горячей обработке (сварке, ковке). В этом случае изделия сохраняют механические свойства, полученные на металлургическом заводе и гарантируемые стандартом.

Cm - сталь.

Цифра - условный номер марки.

Чем больше условный номер марки, тем больше предел прочности на растяжение и меньше относительное удлинение.

Стали группы Б: БСт 0, БСт 1, БСт 2, БСтЗ ... БСт б стали этой группы применяются для изделий подвергающихся горячей обработке (ковке, штамповке). Здесь нужно знать химический состав, чтобы правильно определить режимы термообработки, а механические свойства при горячей обработке изменяются, поэтому нет необходимости их регламентировать.

Расшифровка марок:

Cm 1 - углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества, группы А, с гарантированными механическими свойствами, 1-условный номер марки.

БСт 2 кп- углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества группы Б с гарантированным химическим составом, 2 - условный номер марки, кп - кипящая по степени раскисления.

Стали группы В: ВСт 2, ВСт 3, ВСт 4, ВСт 5 широко применяются для изготовления сварных конструкций, при расчете которых важно знать и механические свойства (где нет сварки нужно знать механические свойства), а химический состав нужен для определения режимов сварки.

Расшифровка марок:

ВСт 4 пс- углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества, группы В с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. 4 - условный номер марки, пс - полуспокойное по степени раскисления.

В сталях группы А в маркировке буква А не ставится. В обозначении слово «сталь» дается сокращенно двумя буквами Ст. Цифровое обозначение номера марки от 0 до 6

Качественные стали по содержанию марганца делятся на:

1. Стали с нормальным содержанием марганца (до 0,8 %) – сталь 45

2. Стали с повышенным содержанием марганца (0,8% - 1,2%) - сталь 15Г. Буква Г обозначает повышенное содержание марганца.

По содержанию углерода качественные углеродистые конструкционные стали делятся на:

1. 
   Стали низкоуглеродистые (углерода до 0,25%)
   

Сталь 05, 08,10, 15, 20,25.

2. 
   Стали среднеуглеродистые (углерода свыше 0,25% до 0.6%).
   

Сталь 30, 35, 40, 45, 50, 58, 60.

3. 
   Стали высокоуглеродистые (углерода свыше 0,6%).
   

Сталь 65, 70, 75, 80, 85.

Цифра в маркировке обозначает содержание углерода в сотых

долях %.

Примеры расшифровки марок:

Сталь 45 - углеродистая, конструкционная, качественная, с нормальным содержанием марганца, среднеуглеродистая, 0,45% углерода.

Сталь 65Г - углеродистая, конструкционная качественная, с повышенным содержанием марганца, высокоуглеродистая, 0,65% углерода, 1% марганца.

По качеству эти стали делятся на две группы: качественные и высококачественные. В высококачественных сталях содержание серы и фосфора не должно превышать 0,03% каждого.

Марки качественных сталей: У7, У8, У9 ,У10, У11, У12, У13.

Марки высококачественных сталей: У7А, У8А, У9А ,У10А, УНА, У12А, У13А.

Цифра указывает на содержание углерода в десятых долях %.

Буква У - сталь углеродистая, инструментальная.

Буква А в конце марки - сталь высококачественная.

Расшифровка марок:

У8 - углеродистая, инструментальная, качественная, 0,8% углерода.

У 13А - углеродистая, инструментальная, высококачественная, 1,3% углерода.

Применение инструментальных углеродистых сталей.

Чем больше углерода содержится в стали, тем выше твердость, а значит и хрупкость. Следовательно, стали с меньшим содержанием углерода можно использовать для изготовления инструментов, работающих на удар. Это стали: У7, У7А, У8, У8А, У9, У9А.

Из них делают зубила, кувалды, слесарные молотки, клейма, кернеры, матрицы, пуансоны и т.д.

Стали с большим содержанием углерода применяют для изготовления инструмента не подвергающегося ударным нагрузкам.

Это стали: У 10, У10А, УП, УНА, У 12, У12А, У13, У13А. Из них изготавливают резцы, сверле метчики, плашки, развертки, фрезы, калибры, напильники и т.д.

Примеры:

Задание: запишите марку стали по ее характеристике:

1.Углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества, с гарантированным химическим составом, с условным номером 3, по степени раскисления полуспокойная.

Ответ: БСтЗпс

2.Углеродистая, инструментальная, высококачественная, с содержанием углерода 1,1%.

Ответ: У11А

3.Углеродистая, конструкционная, качественная, с нормальным содержанием марганца, низкоуглеродистая, 0,15% углерода.

Ответ: сталь 15.

Задание на практическую работу

Задание 1. Расшифровать марки углеродистых сталей

1	Ст0	БСт2пс	ВСт5кп	05кп	25	60Г	У7	У10А
2	Ст1кп	БСтЗсп	ВСт4пс	08	30	70Г	У8	У11А
3	Ст2пс	БСт4	ВСтЗсп	08кп	35	75Г	У9	У12А
4	СтЗсп	БСт5кп	ВСт2	08пс	40	80Г	У10	У13А
5	Ст4	БСтбпс	ВСт1кп	10	45	65Г	У11	У7А
6	Ст5кп	БСт0	ВСт4сп	10кп	50	60Г	У12	У8А
7	Стбпс	БСт1сп	ВСтЗ	10пс	55	70Г	У13	У9А
8	Ст0	БСт2Г	ВСт5пс	15	60	75Г	У7А	У10
9	Ст1сп	БСтЗкп	ВСт2пс	15кп	65	80Г	У8А	У11
10	Ст2	БСт4пс	ВСт1сп	15пс	70	65Г	У9А	У12
11	СтЗкп	БСт5сп	ВСт4	18кп	75	60Г	У10А	У13
12	Ст4пс	БСт6	ВСтЗкп	20	80	70Г	У11А	У7
13	Ст5сп	БСт0	ВСт1пс	20кп	25	75Г	У12А	У8
14	Ст6	БСт1пс	ВСт2сп	20пс	30	80Г	У13А	У9
15	Ст0	БСт2сп	ВСт5	05кп	35	65Г	У7	У11А
16	Ст1пс	БСтЗ	ВСт2кп	08	40	60Г	У8	У12А

17	Ст2сп	БСт4кп	ВСт3пс	08кп	45	70Г	У9	У13А
18	Ст3	БСт5пс	ВСт4кп	08пс	50	75Г	У10	У7А
19	Ст4кп	БСт6сп	ВСт1	10	55	80Г	У11	У8А
20	Ст5пс	БСт0	ВСт1кп	10кп	60	65Г	У12	У9А
21	Ст6сп	БСт1	ВСт2пс	10пс	65	60Г	У13	У10А
22	Ст0	БСт2кп	ВСт3сп	15	70	70Г	У7А	У11
23	Ст1	БСт3пс	ВСт4кп	15кп	75	75Г	У8А	У12
24	Ст2кп	БСт4сп	ВСт5	15пс	80	80Г	У9А	У13
25	Ст3пс	БСт5	ВСт1сп	18кп	25	65Г	У10А	У7
26	Ст4сп	БСт6кп	ВСт2	20	30	60Г	У11А	У8
27	Ст5Г	БСт0	ВСт3кп	20кп	35	70Г	У12А	У9
28	Ст6кп	БСт1пс	ВСт4	20пс	40	75Г	У13А	У10
29	Ст0	БСт2сп	ВСт5пс	05кп	45	80Г	У7	У11А
30	Ст1пс	БСт3кп	ВСт4сп	08пс	50	65Г	У8	У12А

Содержание отчета

1. 
   Название практической работы
   
2. 
   Цель работы
   
3. 
   Задание
   
4. 
   Расшифровка марок
   
5. 
   Ответы на контрольные вопросы
   
6. 
   Вывод
   

Контрольные вопросы

1. 
   Что такое сталь?
   
2. 
   По каким признакам классифицируют углеродистую сталь?
   
3. 
   На какие группы по качеству делятся угдеродистые стали?
   
4. 
   Какие группы сталей обыкновенного качества различают в зависимости от назначе­ния?
   
5. 
   Как подразделяются качественные углеродистые стали по содержанию марганца?
   
6. 
   На какие группы подразделяются углеродистые стали по способу раскисления?