Изучение микроструктур углеродистых сталей

Лабораторная работа 9

Цель работы: изучение микроструктур углеродистых сталей в равновесном состоянии в зависимости от состава сплава, определение состава и марки стали по структуре.

 

Содержание работы

Студенту выдается комплект микрошлифов углеродистых сталей с различным содержанием углерода. Он исследует под микроскопом шлифы, определяет по структуре тип стали (доэвтектоидная, эвтектоидная, заэвтектоидная) и процентное содержание углерода, устанавливает марку стали, схематично зарисовывает микроструктуры сталей с указанием структурных составляющих.

Теоретические сведения

Железоуглеродистые сплавы, содержащие менее 0,006 % углерода, являются однофазными и имеют структуру чистого феррита. Примером таких сплавов может служить электролитическое железо. Сплавы, содержащие от 0,006 до 0,02 % углерода – двухфазные, их структура состоит из феррита и третичного цементита. Они носят название технического железа (рис. 6, а).

Железоуглеродистые сплавы, содержащие от 0,02 до 2,14 % углерода называются углеродистыми сталями. По структуре в равновесном состоянии они делятся на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные. Доэвтектоидные стали содержат от 0,02 % до 0,8 % углерода, их структура состоит из феррита и перлита (рис. 6, б). Количество перлита в стали изменяется пропорционально содержанию углерода.

Рис. 6. Схемы зарисовок микроструктур технического железа и сталей

 

По структуре доэвтектоидных сталей с достаточной точностью можно определить содержание углерода в стали. Например, в доэвтектоидной стали содержится 20 % перлита и, следовательно, 80 % феррита (определяют на глаз под микроскопом). При расчете принимают во внимание, что содержание углерода в перлите составляет 0,8 %, а в феррите (совместно с третичным цементитом) – 0,02 % углерода: 100 % перлита содержат 0,8 % углерода, 20 % перлита содержат Х1 % углерода, 0,16 100 20 0,8 =X1 × = % С; 100 % феррита содержат 0,02 % углерода, 80 % феррита содержат Х2 % углерода, 0,016 100 80 0,02 =X2 × = % С. Всего углерода в стали будет: X = Х1 + Х2 = 0,16 + 0,016 = 0,176 %. Эвтектоидная сталь содержит 0,8 % углерода. Структура этой стали состоит только из перлита (рис. 6, в).

Заэвтектоидные стали содержат более 0,8 до 2,14 % С. Структура этих сталей состоит из перлита и вторичного цементита (рис. 6, г). При медленном охлаждении вторичный цементит кристаллизуется по границам зерен перлита, образуя твердую и хрупкую оболочку, имеющую под микроскопом видсетки.

Цементит, входящий в состав перлита, обычно выделяется в виде пластинок. Специальной термической обработкой получают так называемый зернистый перлит, в котором цементит имеет форму мелких зерен округлой формы. Структура зернистого перлита является исходной для механической и термической обработки инструментальных сталей. Содержание углерода в заэвтектоидной стали рассчитывают следующим образом. Пусть структура такой стали содержит 95 % перлита 5 % вторичного цементита, тогда содержание углерода в стали вычисляют так:

100 % перлита содержат 0,8 % C,

95 % перлита содержат Х1 % С,

100 % цементита содержат 6,67 % С,

5 % цементита содержат Х2 % С,

 

Содержание углерода в стали находим так:

X = Х1 + Х2 = 0,76 + 0,33 = 1,09 %.

Углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества изготовляется следующих марок: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6 (ГОСТ 380-94). Обозначение марок стали буквенно-цифровое.

 Буквы Ст означают сталь, цифры от 0 до 6 – номер марки в зависимости от химического состава и механических свойств. По степени раскисления различают кипящие, спокойные и полуспокойные стали. Дляобозначения степени раскисления после номера марки стали ставят индексы: кп – кипящая, пс –полуспокойная, сп – спокойная, например: Ст3кп, Ст4сп. Индекс сп может быть опущен. Вобозначение сталей с повышенным содержанием марганца после цифры добавляется также буква Г.

Например, Ст3Гсп, Ст5Гпс и др.В обозначении марки углеродистой конструкционной качественной стали 05, 08, 10, 15, 20, 25, ……, 75, 80, 85 цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050-88). При этом для сталей с содержанием углерода < 0,2 %, не подвергнутых полному раскислению, в обозначение добавляются буквы кп (для кипящей стали) и пс (для полуспокойной).

Для спокойных сталей буквы в конце их наименования не добавляются, например, 08кп, 10пс, 15, 18кп, 20 и т.д. Качественные стали с повышенными свойствами, используемые для производства котлов и сосудов высокого давления, обозначают по ГОСТ 5520-79 добавлением буквы К в конце наименования стали: 15К, 18К, 22К и др. Обозначение марок углеродистых инструментальных сталей буквенно-цифровое: У7, У8, У9,У10, У11, У12, У13, У13А. Буква У означает углеродистую инструментальную сталь, а цифра –среднюю массовую долю углерода в десятых долях процента (ГОСТ 1435-99). В конце маркировкивысококачественных сталей, содержащих пониженное количество вредных примесей, ставится буква А. В обозначении марок автоматных сталей (ГОСТ 1414-75) – А12, А20, А30, А40Г, буква А является признаком автоматной стали, цифры соответствуют среднему содержанию углерода в сотых долях процента, буква Г указывает на повышенное содержание марганца.

Контрольные вопросы

1. Какие железо-углеродистые сплавы называются сталью?

2. Сколько углерода содержится в доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной сталях?

3. Каковы структуры этих сталей?

4. Какова зависимость механических свойств сталей от содержания углерода?

5. Классификация углеродистых сталей по назначению.

6. Каковы принципы маркировки углеродистых сталей?

7. Что входит в состав углеродистых сталей помимо железа и углерода?