Название: Материаловедение - Методические указания (Н.В. Плотникова)

Жанр: Экономика

Просмотров: 2202


2.6. изучение микроструктур и свойств сталей  и чугунов в равновесном состоянии

 

Сплавы системы «железо–цементит» условно можно разделить на 3 группы: техническое железо, углеродистые стали и чугуны.

 

2.6.1. Техническое железо

 

К этой группе относится электротехническое железо, содержащее менее 0,01 \% углерода и собственно техническое железо, содержащее углерод в пределах от 0,01 \% до 0,025 \%.

Электротехническое железо является однофазным и имеет структуру чистого феррита (рис. 3,а). В структуре технического железа в небольших количествах присутствует вторая фаза – цементит (третичный), находящийся на границах ферритных зерен и трудно обнаруживаемый под микроскопом.

 

2.6.2. Углеродистые стали

 

Это сплавы, содержащие углерод в пределах от 0,025 \% до 2,14 \%. По содержанию углерода стали подразделяются на доэвтектоидные (менее 0,8 \% углерода) и заэвтектоидные (от 0,8 \% до 2,14 \% С). Границей между ними является эвтектоидная сталь, содержащая 0,8 \% С.

Структура доэвтектоидных сталей состоит из зерен феррита и перлита (рис. 3,б). С увеличением количества углерода в доэвтектоидных сталях  уменьшается количество феррита, но увеличивается доля перлита. Это сопровождается уменьшением пластичности стали и увеличением твердости и прочности.

Доэвтектоидные стали находят широкое применение для изготовления разнообразных деталей машин и конструкций.

Сталь, содержащая 0,8 \% С, называют эвтектоидной. Структура эвтектоидной стали является полностью перлитной, представляющей из себя механическую смесь чередующихся пластин феррита и цементита. Такой перлит называют пластинчатым (рис. 3,в). Цементит может иметь и зернистую форму, но это достигается после специальной термической обработки, например, после длительного выдерживания при температуре перлитного превращения или после термоциклирования вблизи этой температуры (отжиг на зернистый перлит). При этом происходит дробление и коагуляция цементитных пластин. Структура стали в итоге представляет собой включения округлых частиц цементита в ферритной основе. Обычно подобную структуру стали стремятся получить для улучшения обрабатываемости резанием.

Заэвтектоидные стали имеют структуру перлита и цементита (вторичного). Выделения цементита могут иметь различную форму в виде прерывистой или непрерывной сетки (рис. 3,г,д). Подобный характер цементитных выделений является следствием того, что их образование происходило на границах зерен аустенита, превратившихся впоследствии в перлит.

Заэвтектоидные стали отличаются наибольшей твердостью среди углеродистых сталей. При этом, если твердость данных сталей с увеличением содержания углерода возрастает непрерывно, то прочность после максимума при ~ 1\% углерода начинает заметно снижаться.

Как правило, эвтектоидные и заэвтектоидные стали применяются для изготовления различного инструмента (режущего, мерительного, штампового).

По применению углеродистые стали подразделяются на две группы: конструкционные (углерода не более 0,7 \%); инструментальные (углерода от 0,7 \% до 1,5 \%).

Конструкционные углеродистые стали в зависимости от содержания углерода, способа выплавки, раскисления, содержания примесей и назначения подразделяются на стали обыкновенного качества, качественные и специальные стали.

Сталь обыкновенного качества маркируется и имеет свойства, гарантируемые ГОСТ 380 – 71. В зависимости от способа выплавки сталь может быть мартеновской или конвертерной, в зависимости от способа раскисления – кипящей (кп), спокойной (сп), полуспокойной (пс). По гарантированным свойствам сталь делится на три класса:

– А – гарантируются механические свойства (термической обработке сталь не подвергается);     

Подпись: 15

а

 

г

 

в

 

б

 

д

 
 

 

Рис. 3. Схематическое изображение микроструктур сталей:

а – техническое железо (зерна феррита); б – доэвтектоидная сталь (зерна феррита и перлита);

в – эвтектоидная сталь (перлит пластичный); г – заэвтектоидная сталь (пластинчатый перлит с цементитом

в виде сетки); д – заэвтектоидная сталь (зернистый цементит)

 

–Б – гарантируется химический состав (может подвергаться термической обработке); 

–В – гарантируются механические свойства и химический состав стали.

Класс А по механическим свойствам сталей делится на 7 групп. Первая из них имеет самые низкие механические свойства, седьмая – самые высокие.

В марке стали буква А не ставится. Например, Ст3кп2 – это сталь обыкновенного качества, третьей группы, кипящая, второй категории.

Класс Б делится на семь групп сталей, первая из них имеет самое низкое содержание углерода, седьмая – самое высокое. Категорий – две. В первой категории регламентриуется содержание примесей, во второй, кроме содержания примесей, предусматривается содержание редких элементов.

В классе В – семь групп и шесть категорий сталей. Первая группа имеет самое низкое содержание углерода и низкие механические свойства, седьмая – самые высокие. Первая категория предусматривает показатели sв, sт и количество стандартных примесей. Например, ВСт6сп5 – сталь класса В (обычно мартеновская), шестой группы, спокойная, пятой категории.

Качественная сталь выплавляется преимущественно в мартеновских печах с соблюдением более высоких требований к технологии производства. По раскислению сталь является спокойной (сп) или полуспокойной (пс), по содержанию углерода – низкоуглеродистой (до 0,3 \% С), среднеуглеродистой (от 0,3 \% до 0,5 \% С), высокоуглеродистой (от 0,5 \% до 0,8 \% С). Маркируются качественные конструкционные стали двумя цифрами, показывающими содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 20 – это сталь качественная, содержащая 0,2 \% С.

Инструментальная сталь – это обычно сталь качественная, маркируется буквой У, за которой идут цифры, показывающие содержание углерода в десятых долях процента. Например, У10 – это сталь углеродистая, инструментальная, содержащая 1 \% С.

Если содержание S и Р в качественной стали понижено (менее 0,025 \%), то в марке после цифры ставится буква А. Например, У12А – это сталь высококачественная, инструментальная, содержит 1,2 \% С, имеет пониженное количество S и Р.

 

Специальная сталь выплавляется для конкретного назначения. Например, сталь для деталей, изготовляемых на автоматах (гайки, втулки и др.) маркируется А20, А40, котельная сталь К-20, арматурная АI или АП (где I и П – вид профиля), мостовая для сварных конструкций М16, для клепаных Ст3 мост и др.