Лабораторная работа №5

Тема: Изучение микроструктуры легированных сталей.

Цель: Изучение микроструктуры легированных сталей, установление зависимости между структурой и механическими свойствами.

Оборудование: Металлографический микроскоп, набор микрошлифов, атлас микроструктур, справочная литература.

Ход работы:

Легирующие элементы, присутствующие в стали, оказывают различное влияние на аллотропию же­леза, карбидообразование, положение критических точек, распад аустенита и мартенситное превращение.

Легирующие элементы, оказывая влияние на положе­ние критических точек Ас₁ и Ас₃, на превращение аусте­нита при охлаждении и на положение мартенситной точки, позволяют даже в условиях медленного охлаждения полу­чать различные структуры от феррита до аустенита. По­этому легированные стали в отожженном и в нормализо­ванном состояниях подразделяются на классы по струк­турному признаку.

В отожженном состоянии структуры легированных ста­лей определяют непосредственно по диаграммам состоя­ния. Во втором случае структуру легированных сталей определяют

после нормализации при температуре 900°С.

По этой, более распространенной, классификации стали разделяются на следующие классы: перлитный, мартенситный, аустенитный, карбидный и ферритный.

К перлитному классу относятся стали, содержащие небольшое количество легирующих элементов и облада­ющие структурой эвтектоидного типа: перлит, сорбит или троостит, наряду с которыми могут присутствовать и фер­рит или вторичные карбиды. К этой группе относятся стали. 40Х, 40ХН, ЗОХГСА, 40ХГТ, X, 9XG и др.

К мартенситному классу относятся стали с более вы­соким содержанием легирующих элементов, обладающие мартенситной структурой. Из сталей этого класса в ма­шиностроении применяются хромоникелевые и хромоникелевольфрамовые конструкционные стали с содержанием до 0,3—0,4% углерода, например 18Х2Н4ВА, 25ХН4ВА и др. Стали других составов отличаются высокой хруп­костью и поэтому не применяются.

К аустенитному классу относятся стали с высоким со­держанием таких легирующих элементов, как Ni, Mn, С r и Ti. В структуре стали будет находиться аустенит и не­большое количество карбидов. Стали этого класса жаро­прочны и коррозионно-стойкие. После закалки при тем­пературе 1000—1100°С карбиды, находящиеся в стали, пере­водятся в твердый раствор, в результате чего улучшает­ся коррозионная стойкость и повышается пластичность.

К этой группе относятся стали Х18Н9, Х18Н9Т и др.

(К карбидному классу относятся стали Х12М, Р9, Р18 и др., содержащие большое количество углерода и карбидообразующих элементов О, W, V и др. Для этого класса характерным является именно наличие карбидов, струк­тура же основного фона может быть в зависимости от со­става и температуры нагрева перлитной, мартенситной и аустенитной. Эти стали обладают высокой твердостью и износостойкостью. Применяются для изготовления режу­щего инструмента и штампов, работающих в тяжелых условиях.

Кферритному классу относятся стали, содержащие значительное количество легирующих элементов, замы­кающих область существования у-твердого раствора (Сг, Si и др.), и малое количество углерода. Эти стали обла­дают высокой коррозионной стойкостью, например сталь XI7.

Конструкционная сталь ЗОХГСА (хромансиль) обла­дает высокими механическими и технологическими свой­ствами и используется для изготовления тонкостенных сварных конструкций. Сталь ЗОХГСА подвергают отжигу и улучшению. В отожженном состоянии структура состоит из феррита и перлита высокой дисперсности, в улучшенном состоянии — из сорбита, ориентированного по мартенситу. Такая же структура харак­терна и для других среднеуглеродистых конструкцион­ных сталей.

Сталь 40Х для улучшения обрабатываемости подвер­гают нормализации при температуре 900° С. В результате такой обработки структура стали будет состоять из круп­нопластинчатого перлита и сетки феррита. Сталь 40Х после закалки при температуре 860° С и высо­кого отпуска будет иметь структуру мелкоигольчатого от­пущенного мартенсита.

Легированные инструментальные стали марок X, ХГ, ХВГ, 9ХС, ХВ5, ЗХ2В8Ф и др. подвергают закалке и низкому отпуску с получением мартенсита отпуска. В ре­зультате термической обработки эти стали приобретают высокую твердость, прочность и износостойкость.

Структура литой быстрорежущей стали состоит из ледебуритной эвтектики (первичные карбиды) и продуктов распада аустенита — троостита и сорбита или не расплавившегося аустенита. Ледебуритная эвтектика, располага­ющаяся по границам зерен, придает стали хрупкость. Для устранения хрупкости литую сталь куют или прока­тывают, а затем отжигают. Структура кованой и отожжен­ной быстрорежущей стали Р18 состоит иэ крупных первич­ных карбидов, более мелких вторичных карбидов и сор­бита.

Высокие режущие свойства быстрорежущая сталь при­обретает после закалки при температуре 1260—1300° G и многократного отпуска при 560° G. После закалки струк­тура быстрорежущей стали будет состоять из мартенсита, карбидов и остаточного аустенита (мартенсит обнаружи­вается очень плохо, поэтому структура кажется состоящей только из аустенита и карбидов). Структура стали, после закалки и трехкратного отпуска будет состоять из мартен­сита, карбидов и незначительного количества аустенита, невидимого в структуре.

№	Марка и состав стали	Вид структуры	Характеристика микроструктуры	Режим Т.О.	Твердость
	Р18 Быстрорежущая сталь. Карбидного класса. (вольфрам 18% Хром 4%)		Первичные и вторичные карбиды и сорбит	Отжиг 850-870о С	210-255 HB
	Карбиды, мартенсит, небольшое кол-во остаточного аустенита	Закалка 1260-1300о С	60-62 HRC
	ЗОХГСА конструкционная среднелегирован- ная,высококачест венная сталь перлитного класса.		Феррит и перлит	Отжиг 850-870О С	229 HB
	Сорбит ориентированный по мартенситу	Закалка 860-890О С	34-41 HRC