Опыт №2. Определение доли углерода в стали и марки стали по ее структуре. Как определить содержание углерода в стали

Опыт №2. Определение доли углерода в стали и марки стали по ее структуре.

Поскольку плотности структурных составляющих сталей близки, то соотношение их массовых долей можно заменить соотношением занимаемых ими площадей.

Доэвтектоидные стали, содержат от 0,15 до 0,8% углерода. Структура доэвтектоидных сталей состоит из феррита и перлита. С увеличением содержания углерода количество феррита уменьшается, а перлита увеличивается.Количество феррита и перлита можно определить по диаграмме пользуясь правилом отрезков, так как отрезки, соответствующие отдельным структурным составляющим, пропорциональны площадям этих составляющих на микрошлифе. Если сталь имеет состав 0,8% углерода, то структура – один перлит, так как 100% площади занято перлитом. Если часть площади занята ферритом (например, 40%), то можно составить пропорцию для определения процента содержания углерода:

100% пл. – 0,8%С Х= 40% пл. – Х% С

Согласно количеству углерода определяется марка стали. Структуры доэвтектоидных сталей показаны на рис.4.:

В доэвтектоидных сталях массовая доля углерода определяется по формуле:

(1)

где Fn – площадь поля зрения микроскопа, занимаемая перлитом, %;0,8 – % С в перлите.

Рассчитав массовую долю углерода заданной доэвтектоидной стали по формуле (1), можно по табл.1 определить марку этой стали.

Стали, содержащие от 0,8 до 2% углерода, называются заэвтектоидными. Структура заэвтектоидной стали при комнатной температуре состоит из перлита и вторичного цементита, который может располагаться в виде светлых зерен или светлой сетки, расположенной по границам зерен или в виде игл (рис.5.). Вторичный цементит в заэвтектоидной стали, занимает незначительную по величине площадь, и определить ее на глаз затруднительно, поэтому методом, которым определяют содержание углерода в доэвтектоидных сталях, не пользуются. Однако приблизительно содержание углерода в заэвтектоидных сталях определить можно. Например, пусть поля шлифа содержит 90% перлита и 10% вторичного цементита. Зная, что углерод находится как в перлите, так и цементите, составим уравнение для перлита:

100% п – 0,8% С Х1=0,72% С 90% п – Х1 для цементита: 100% ц – 6,67%

Таблица 1.

Аустенит ( A ) – твердый раствор внедрения углерода в гамма-железе.

Феррит ( Ф ) – твердый раствор внедрения углерода в альфа-железе.

Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом (Fe3C).

Ледебурит(Л) - эвтектическая смесь аустенита и цементита .

Перлит(П) - эвтектоидная смесь феррита и цементита .

Задание:

Определить содержание углерода расчетным путем в доэвтектоидной, заэвтектоидной стали при определенном содержании перлита и цементита вторичного и показать на диаграмме.

I вариант:

1) Fn1 = 15%; С=?

2) Поле шлифа в заэвтектоидной стали содержит 85% перлита, 15% цементита вторичного:

Уравнение для перлита: Уравнение для цементита:

100%п -0.8%С 100%ц -6,67%С

85%п – х1 15%ц –х2

Хобщ.= х1+х2

II-вариант

1) Fn2 = 30%; С=?

2)Поле шлифа в заэвтектоидной стали содержит 89% перлита, 11% цементита вторичного:

Уравнение для перлита: Уравнение для цементита:

100%п -0.8%С 100%ц -6,67%С

89%п – х1 11%ц –х2

Хобщ.= х1+х2

Содержание отчета:

1. Название работы.2. Цель работы.

3. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов3. Участок диаграммы состояния Fe – Fe3C для сталей, с содержанием углерода до 2,14%.5. Рисунок микроструктуры стали.

6. Вывод.

Контрольные вопросы:

8. Содержание углерода в доэвтектоидной стали?

9. Содержание углерода в заэвтектоидной стали?

10. Что такое отжиг?

11. Что такое закалка?

12. При закалке меняется ли структура стали?

13. Что такое нормализация и чем она отличается от отжига?

Литература:

Дальский А.М., Барсукова Т.М. и др. Технология конструкционных материалов. – Машиностроение.1992г.
Никифоров В Н. Технология металлов. – Машиностроение, 1982г.

25.Дать определение стали и чугунам. Как они маркируются?

Стали - сплав железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,3 %, а также с другими естественными или вводимыми с определенной целью легирующими добавками.

Стали делятся: по применению - на конструкционные и инструментальные; по химическому составу - на углеродистые и легированные: по качеству - на углеродистые обыкновенного качества, углеродистые качественные конструкционные, легированные конструкционные и низколегированные конструкционные. Свойства стали зависят от содержания углерода. Чем больше углерода, тем прочнее, тверже и менее пластична сталь.

Конструкционная углеродистая сталь (используется для изготовления деталей машин и металлоконструкций) обыкновенного качества маркируется: Ст. О, Ст. 1, Ст. 2, Ст. 7, сталь углеродистая качественная - сталь 10, 15, 20 ...... 60, 65, 70, качественная с повышенным содержанием марганца - 15 Г, 30 Г, 50Г2 и т.д.

В марке качественной стали цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента (например, сталь 50 содержит до 0,5 % углерода). Инструментальная углеродистая сталь используется для изготовления металло- и деревоперерабатывающего инструмента и штампов. Сталь имеет в маркировке букву У и цифру, показывающую количество углерода. Например, У8А означает: сталь углеродистая инструментальная, содержащая 0,8 % углерода, высококачественная, так как в конце марки указана буква А.

Легированная сталь содержит в своем составе добавки, придающие ей особые свойства - повышение износостойкости, температуростойкости, коррозийной стойкости и пр. В качестве легирующих добавок используют: вольфрам - В, хром - X, ни- кель - Н, кремний - С, молибден - М, титан - Т, ванадий -Ф, бор - Р, алюминий - Ю и др.

Марка легированной стали обозначается многозначными числами (таблица 1.1). Цифры после букв обозначают процентное содержание компонентов; если оно не превышает одного процента, то цифра после буквы не ставится. Например, марка 25ХЗН4А расшифровывается как - высококачественная хромоникелевая сталь, содержащая до 0,25 % углерода, хрома 3 % и никеля 4 %. Стальное литье маркируется так : Сталь 25Л, 35Л и т.п. Механические свойства сталей (особенно усталостная прочность) повышаются при объемной и поверхностной термической (отжиг, нормализация, закалка, отпуск) или химико-термической обработке (цементация, азотирование).

Чугуны применяются для изготовления литых фасонных заготовок. Различают чугуны белые (до 4 % углерода),серые (до 3,6%), ковкие, высокопрочные, антифрикционные и легированные.

Ковкий чугун получается из белых чугунов путем длительной выдержки при высокой температуре - томлением, характеризуется высокой прочностью и пластичностью.

27.Какие лигирующие элементы добавляют в сталь и как расшифровать их марки. Например: Ст.45хзнча?

studfiles.net

14. Классификация железо-углеродистых сплавов по структуре (стали, чугуны)

Все сплавы системы железо – цементит по структурному признаку делят на две большие группы: стали и чугуны.

Сталь — сплав железа с углеродом и/или с другими элементами. Сталь содержит не более 2,14%углерода (при большем количестве углерода образуется чугун). Углерод придаёт сплавам железа прочность.

Стали делятся на конструкционные и инструментальные.По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные; в том числе по содержанию углерода — на низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25—0,6% С) и высокоуглеродистые (0,6—2% С).

По структуре сталь разделяется:

на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную и перлитную. Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на двухфазную и многофазную.

По степени раскисления и характеру затвердевания — стали спокойные, полуспокойные и кипящие.

Углеродистые стали — сплавы железа с углеродом, содержащие 0,02…2,14 % углерода, заканчивающие кристаллизацию образованием аустенита. Они обладают высокой пластичностью, особенно в аустенитном состоянии. Структура сталей формируется в результате перекристаллизации аустенита.

Чугун — сплав железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в чугуне не менее 2,14% (точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний): меньше — сталь. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны.Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.).

Виды чугуна: Белый чугун, Серый чугун, Ковкий чугун, Высокопрочный чугун, Половинчатый чугун.

15. Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства стали

В углеродистых сталях углерод является основным элементом, определяющим структуру и свойства стали. С увеличением содержания углерода в стали возрастают твердость и предел прочности (НВ, ств), уменьшаются относительное удлинение, относительное сужение и ударная вязкость. При содержании в стали свыше 1 % углерода твердость ее возрастает, а предел прочности уменьшается.

Марганец содержится в стали в качестве примеси в количестве от 0,4 до 0,8 %. Марганец, растворяясь в феррите, повышает прочность и значительно увеличивает прокаливаемость стали.

Кремний является полезной примесью и может присутствовать в стали до 0,5 %. Кремний очень повышает прочность стали за счет образования с ферритом твердого раствора.

Фосфор для большинства сталей является вредной примесью, и содержание его не должно превышать 0,05 %. Фосфор увеличивает прочность и снижает пластичность и вязкость сталей.

Сера является вредной примесью. Она образует сернистое железо FeS, которое взаимодействует с чистым железом, образуя легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988 °С. Содержание серы в стали не должно превышать 0,06 %.

Кислород, азот и водород являются вредными примесями. Кислород и азот находятся в стали в виде оксидов FeO, SiO2, MnO или нитридов Fe4N и др. Эти неметаллические включения нарушают сплошность стали и, являясь концентраторами напряжений, приводят к преждевременному выходу деталей из строя.

studfiles.net