Лабораторная работа: Микроструктура легированных сталей
Цель работы : научиться самостоятельно анализировать структуры и по виду определить структурные составляющие легированных сталей с помощью фотографий.
Приборы, материалы и инструменты.
1. Фотография микроструктур изучаемых сталей.
2. Циркуль и линейка.
Рекомендуемая литература:
Кузьмин Б.А. Самохоцкий А.И. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы. – М., Высш. Школа, 1997.
Легированные стали классифицируются по назначению, составу, количеству легирующих элементов и структуре.
В зависимости от назначения легированные стали делятся на:
• Конструкционныестали ( цементируемые, улучшаемые,пружинно
рессорные и др.), применяемые для изготовления деталей машин: •Инструментальные стали, применяемые для изготовления режущего, измерительного и штамповогоинструмента;
• Стали с особыми свойствами, например, нержавеющие, жаропрочные жаростойкие и т.д.
Низкоуглеродистые стали (цементитные)
К низкоуглеродистым сталям относятся стали с содержанием углерода до 0,25%, например, марок 15Г; 20Х; 18хГТ; 20х2Н4А и др.
Легированные низкоуглеродистые стали после отжига имеют структуру феррит +перлит, а так же после закалки малоуглеродистый мартенсит.
Установлено, что добавки азота вместе с нитридообразующими элементами способствует значительному измельчению зерна и повышению температуры начала роста зерна аустенита. Нитриды влияют на свойства стали также путём воздействия на кинетику превращения аустенита и на дисперсное твердение.
Высокая пластичность, мелкое зерно и особенно высокая температура его роста способствуют получению качественных сварных соединений листов толщиной от 20 мм - сталь с нитридами алюминия и до 100 мм (сталь с нитридами ванадия). Низколегированная сталь с нитридным упрочнением удовлетворительно деформируется в холодном и горячем состояниях. Сталь такого типа характеризуется высоким сопротивлением хрупкому разрушению и достаточно низким порогом хладно ломкости.
В настоящее время для изготовления различного рода сварных конструкций деталей и узлов используется большое число марок малоуглеродистых и среднелегированных сталей, соответствующих ГОСТ 380-7.1; 5521-67; 6713-75; 1050-75; 19282-73, а также техническим условиям и отраслевым стандартам.
Согласно ГОСТ 19282-73, предусматривается выпуск 28 марок низколегированной стали, применяемой для сварных конструкций в промышленном и гражданском строительстве и машиностроении.
Химический состав (%) некоторых цементуемых (низколегированных) сталей (ГОСТ 1050-74 и 4543-71)
|
Марка стали | Элементы |
Другие элементы | |||
| C | Mn | Cr | Ni | ||
| 20Х | 0,17-0,23 | 0,5-0,8 | 0,7-1,0 | ≤0,25 | — |
| 15ХФ | 0,12-0,18 | 0,4-0,7 | 0,8-1,1 | ≤0,25 | 0,06-0,12 V |
| 12ХН2 | 0,09-0,16 | 0,3-0,6 | 0,6-0,9 | 1,5-1,9 | — |
| 12ХН3А | 0,09-0,16 | 0,3-0,6 | 0,6-0,9 | 2,75-3,15 | — |
| 20Х2Н4А | 0,16-0,22 | 0,3-0,6 | 1,25-1,65 | 3,25-3,65 | — |
| 18ХГТ | 0,17-0,23 | 0,8-1,1 | 1,0-1,3 | ≤0,25 | 0,03-0,09 Ti |
| 25ХГТ | 0,22-0,29 | 0,8-1,1 | 1,0-1,3 | ≤0,25 | 0,03-0,09 Ti |
| 18Х2Н4МА | 0,14-0,20 | 0,25-0,55 | 1,35-1,65 | 4,0-4,4 | 0,3-0,4 Mo |
| 20ХГНР | 0,16-0,23 | 0,7-1,0 | 0,7-1,0 | 0,8-1,1 | 0,001-0,005В |
Цементуемые легированные стали целесообразно применять для тяжело нагруженных деталей и в том числе для деталей, в которых необходимо иметь высокую твёрдость и вязкость поверхностного слоя и достаточно прочную сердцевину. В легированных цементуемых сталях, несмотря на небольшое содержание углерода, благодаря значительному количеству легирующих примесей, гораздо легче получить при термический обработке более высокую прочность и вязкость сердцевины из-за образования в ней структур бейнита или низкоуглеродистого мартенсита. Поэтому из них изготовляют ответственные детали.
Стали хромистые (20Х), хромованадиевые (15ХФ), хромоникелевые (12ХН2). Их при меняют для изготовления деталей небольших и средних размеров, работающих на износ при повышенных нагрузках (втулки, валики, оси, некоторые зубчатые колёса, кулачковые муфты, поршневые пальцы и др.).
Стали хромоникелевые (12ХН3А, 20Х2Н4А), хромомарганцетитановые (18ХГТ, 25ХГТ), хромоникельмолибденовые (18Х2Н4МА). Их применяют для деталей средних и больших размеров, работающих на износ при высоких нагрузках (зубчатые колёса, поршневые пальцы, оси, ролики и др.).
Хромоникелевые стали мало чувствительны к перегреву, хорошо прокаливаются, но их применяют ограниченно из-за дефицитности никеля. Поэтому во всех случаях, когда нет крайней необходимости, хромоникелевые стали заменяют сталями без никеля.
Цементуемые хромомарганцетитановые стали (18ХГТ, 25ХГТ) являются заменителями хромоникелевых сталей. Преимуществом сталей 18ХГТ и 25ХГТ является их наследственная мелкозернистость (размер зерна №6-8). Это технологическое свойство позволяет значительно сократить общий технологический цикл обработки и закаливать детали из этих сталей непосредственно из цементационной (газовой) печи с предварительным подстуживанием.
Борсодержащие стали (20ХГНР). В конструкционные стали бор вводят в количестве от 0,001 до 0,005% (так называемое микролегирование). Бор повышает плотность слитка, устраняет дендритную структуру. Стали с бором легче обрабатываются при горячей пластической деформации, хорошо обрабатываются резанием.
Улучшаемые (среднелегированные) стали
Эти стали называют улучшаемыми потому, что их часто подвергают улучшению—термической обработке, заключающейся в закалке и отпуске при высоких температурах. Улучшаемые стали должны иметь высокую прочность, пластичность, высокий предел выносливости, малую чувствительность к отпускной хрупкости, должны хорошо прокаливаться. Химический состав некоторых улучшаемых сталей приведён в таблице:
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--