Практическая работа по материаловедению на тему: АНАЛИЗ СВОЙСТВ, НАЗНАЧЕНИЯ И РАСШИФРОВКА МАРОК УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

ПР5

Анализ свойств, назначение и расшифровка марок углеродистых сталей

Практическая работа 5

АНАЛИЗ СВОЙСТВ, НАЗНАЧЕНИЯ И РАСШИФРОВКА МАРОК УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Цель работы

Научиться определять химический состав, свойства и применение углеродистых сталей по их маркам.

Краткие теоретические сведения

Сталь – это сплав железа с углеродом, где углерода содержится до 2,14% Сталь - основной материал, широко применяемый в машино- и приборостроении, строительстве, а также для изготовления различных инструментов. Она сравнительно недорога и производится в больших количествах. Сталь обладает ценным комплексом механических, физико-химических и технологических свойств.

Классификация сталей представлена на рисунке 1.1.

Стали классифицируют по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления и структуре.

Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскислением называют процесс удаления кислорода из жидкой стали. Нераскисленная сталь обладает недостаточной пластичностью и подвержена хрупкому разрушению при горячей обработке давлением.

Спокойные стали хорошо раскислены марганцем, алюминием и кремнием. Они затвердевают в изложнице спокойно, без газовыделения, с образованием в верхней части слитков усадочной раковины.

Кипящие стали раскисляют только марганцем. Они раскислены недостаточно. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании слитка частично реагирует с ^{углеродом и выделяется в виде пузырей окиси углерода СО}2 ^{создавая ложное впечатление «кипения» стали.}

Полуспокойные стали по степени их раскисления занимают промежуточное положение между

спокойными и кипящими сталями. Частично их раскисляют в печи и ковше, а частично — в изложнице за счет содержащегося в металле углерода. Ликвация в слитках полуспокойной стали меньше, чем в кипящей, и приближается к ликвации в слитках спокойной стали.

По качеству: стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные, особовысококачественные;

По способу производства: мартеновские, конвертерные, электростали;

-по назначению: конструкционные, инструментальные, стали с особыми свойствами; По структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные;

По степени раскисления: кипящая, спокойная, полуспокойная; По химическому составу: углеродистые и легированные.

УС = Fe + С + Si + Mn + S + Р ,

где (Fe и С - основные компоненты; Si, Mn , S , Р - постоянные примеси; S и Р – вредные примеси).

Железо: Fe имеет две модификации α и γ (показывает на плакате «железо-углерод»). С углеродом ^{железо имеет химическое соединение Fe}3^{C - карбид железа (цементит), с содержанием углерода 6,67% в точке} Д. Железо образует с углеродом твердые растворы внедрения: аустенит и феррит.

Аустенит - это твердый раствор внедрения углерода в γ -железо. Аустенит имеет КГЦ-решетку. Феррит - это твердый раствор внедрения углерода в α -железо. Феррит имеет КОЦ - решетку. Углерод - оказывает основное влияние на свойства стали. С увеличением содержания углерода в

стали повышаются твердость и прочность и уменьшается пластичность и вязкость.

Сера - сера и фосфор являются вредными примесями, попадают в сталь при плавке из руды и топлива. Сера не растворяется в железе, а образует с ним сульфид железа, который образует эвтектику Fe - FeS.

Эта эвтектика при затвердевании в стали располагается вокруг зерен в виде легкоплавкой оболочки, а при горячей обработке (ковке, прокатке) такие оболочки расплавляются, теряется связь между зернами, образуются трещины. Это явление называется красноломкостью.

Устранить красноломкость можно, добавив к стали марганец.

Фосфор - растворяясь в феррите резко снижает, его пластичность, вызывает его внутрикристаллическую ликвацию (Это слово нужно записать на доске).

Ликвация - это неоднородность сплава по химическому составу. Ликвация способствует росту зерен,

что приводит хрупкости изделий при обычной температуре. Такое явление называется хладноломкостью.

В стали допускаемое содержание серы и фосфора не более 0,05% каждого.

В автоматных сталях, где углерода содержится до 0,3% допускается содержание серы - до 0,2%, что облегчается снятие стружки) и фосфора - до 0,15%

Эти стали применяются для изготовления малоответственных деталей (болты, винты, гайки,

изготовляемых на станках-автоматах).

Кремний и марганец - вводят в сталь для того, чтобы освободиться от закиси железа, которая образуется при плавке и ухудшает свойства стали. Этот процесс называется раскислением стали.

Раскисление стали - это удаление из жидкого металла кислорода, иначе стали будут хрупкими при горячей обработке.

Содержание марганца не должно превышать 0,75%, а кремния - 0,35%. В таком количестве кремний и марганец не оказывают влияния на механические свойства углеродистых сталей. Более высокое содержание кремния и марганца изменяет свойства стали и влияет на механическую и термическую обработку.

Стали, в которых содержится 1% марганца и 1% кремния называются специальными сталями.

Углеродистые стали бывают: конструкционные и инструментальные.

Конструкционные стали предназначены для изготовления различных деталей и конструкций машин и механизмов.

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного, штампового и др. инструментов.

Конструкционные стали бывают обыкновенного качества и качественные.

На качество стали влияют сера и фосфор. Сталь обыкновенного качества содержит серы 0,055%, фосфора 0,07%. Сталь качественная содержит серы 0,04%, фосфора 0,04%).

Маркировка сталей

Стали обыкновенного качества делятся на три группы: группа А, группа Б. группа В.

Стали группы A: Cm 0, Cm 1, Cm 2, Cm 3 ... Cm 6 предназначены для изготовления строительных конструкций, арматуры, крепежа, деталей машин, не несущих повышенных нагрузок. Стали этой группы предназначены для изделий, не подвергающихся горячей обработке (сварке, ковке). В этом случае изделия сохраняют механические свойства, полученные на металлургическом заводе и гарантируемые стандартом.

Cm - сталь.

Цифра - условный номер марки.

Чем больше условный номер марки, тем больше предел прочности на растяжение и меньше относительное удлинение.

Стали группы Б: БСт 0, БСт 1, БСт 2, БСтЗ ... БСт б стали этой группы применяются для изделий подвергающихся горячей обработке (ковке, штамповке). Здесь нужно знать химический состав, чтобы правильно определить режимы термообработки, а механические свойства при горячей обработке изменяются, поэтому нет необходимости их регламентировать.

Расшифровка марок:

Cm 1 - углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества, группы А, с гарантированными механическими свойствами, 1-условный номер марки.

БСт 2 кп- углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества группы Б с гарантированным

химическим составом, 2 - условный номер марки, кп - кипящая по степени раскисления.

Стали группы В: ВСт 2, ВСт 3, ВСт 4, ВСт 5 широко применяются для изготовления сварных конструкций, при расчете которых важно знать и механические свойства (где нет сварки нужно знать механические свойства), а химический состав нужен для определения режимов сварки.

Расшифровка марок:

ВСт 4 пс- углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества, группы В с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. 4 - условный номер марки, пс - полуспокойное по степени раскисления.

В сталях группы А в маркировке буква А не ставится. В обозначении слово «сталь» дается сокращенно двумя буквами Ст. Цифровое обозначение номера марки от 0 до 6

Качественные стали по содержанию марганца делятся на:

1. Стали с нормальным содержанием марганца (до 0,8 %) – сталь 45

2. Стали с повышенным содержанием марганца (0,8% - 1,2%) - сталь 15Г. Буква Г обозначает повышенное содержание марганца.

По содержанию углерода качественные углеродистые конструкционные стали делятся на:

1. Стали низкоуглеродистые (углерода до 0,25%)

Сталь 05, 08,10, 15, 20,25.

2. Стали среднеуглеродистые (углерода свыше 0,25% до 0.6%).

Сталь 30, 35, 40, 45, 50, 58, 60.

3. Стали высокоуглеродистые (углерода свыше 0,6%).

Сталь 65, 70, 75, 80, 85.

Цифра в маркировке обозначает содержание углерода в сотых долях %.

Примеры расшифровки марок:

Сталь 45 - углеродистая, конструкционная, качественная, с нормальным содержанием марганца, среднеуглеродистая, 0,45% углерода.

Сталь 65Г - углеродистая, конструкционная качественная, с повышенным содержанием марганца, высокоуглеродистая, 0,65% углерода, ~ 1% марганца.

По качеству эти стали делятся на две группы: качественные и высококачественные. В

высококачественных сталях содержание серы и фосфора не должно превышать 0,03% каждого.

Марки качественных сталей: У7, У8, У9 ,У10, У11, У12, У13.

Марки высококачественных сталей: У7А, У8А, У9А ,У10А, УНА, У12А, У13А.

Цифра указывает на содержание углерода в десятых долях %.

Буква У - сталь углеродистая, инструментальная. Буква А в конце марки - сталь высококачественная. Расшифровка марок:

У8 - углеродистая, инструментальная, качественная, 0,8% углерода.

У 13А - углеродистая, инструментальная, высококачественная, 1,3% углерода.

Применение инструментальных углеродистых сталей.

Чем больше углерода содержится в стали, тем выше твердость, а значит и хрупкость. Следовательно, стали с меньшим содержанием углерода можно использовать для изготовления инструментов, работающих на удар. Это стали: У7, У7А, У8, У8А, У9, У9А.

Из них делают зубила, кувалды, слесарные молотки, клейма, кернеры, матрицы, пуансоны и т.д. Стали с большим содержанием углерода применяют для изготовления инструмента не

подвергающегося ударным нагрузкам.

Это стали: У 10, У10А, УП, УНА, У 12, У12А, У13, У13А. Из них изготавливают резцы, сверле метчики, плашки, развертки, фрезы, калибры, напильники и т.д.

Примеры:

Задание: запишите марку стали по ее характеристике:

1.Углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества, с гарантированным химическим составом, с условным номером 3, по степени раскисления полуспокойная.

Ответ: БСтЗпс

У11А

2.Углеродистая, инструментальная, высококачественная, с содержанием углерода 1,1%. Ответ:

_{3.Углеродистая, конструкционная, качественная, с нормальным содержанием марганца,}

низкоуглеродистая, 0,15% углерода. Ответ: сталь 15.

Задание на практическую работу

Задание 1. Расшифровать марки углеродистых сталей

Содержание отчета

1. Название практической работы

2. Цель работы

3. Задание

4. Расшифровка марок

5. Ответы на контрольные вопросы

_{6. Вывод}

_{1. Что такое сталь?}

Контрольные вопросы

2. По каким признакам классифицируют углеродистую сталь?

3. На какие группы по качеству делятся угдеродистые стали?

4. Какие группы сталей обыкновенного качества различают в зависимости от назначения?

5. Как подразделяются качественные углеродистые стали по содержанию марганца?

6. На какие группы подразделяются углеродистые стали по способу раскисления?