Краткие теоретические сведения. Содержание отчета по работе

Содержание отчета по работе

Порядок выполнения работы

1. Вычертить график режима термической обработки инструментальной стали У8 и быстрорежущей стали Р18.

2. Записать химический состав сталей.

3. Определить твердость и описать структуру сталей У8 и Р18 в отожженном состоянии.

4. Произвести закалку образцов сталей У8 и Р18.

5. Определить твердость образцов стали после закалки на приборе Роквелла. Результаты записать в таблицу.

6. Произвести отпуск закаленных образцов сталей У8 и Р18 при температурах 250, 350, 450, 550 и 650 °С с выдержкой 30 мин.

7. Определить твердость образцов после отпуска на приборе Роквелла. Результаты записать в таблицу.

8. Построить кривые зависимости твердости от температуры отпуска для сталей У8 и Р18.

9. Изучить под микроскопом и зарисовать микроструктуру сталей У8 и P18 в отожженном и закаленном состояниях и после отпуска при температуре 550 °С.

10. Сделать выводы по работе.

1. Краткие сведения из теории термической обработки инструментальной углеродистой и быстрорежущей сталей.

2. Построенный по литературным данным график режима термической обработки сталей У8 и Р18.

3. Химический состав сталей У8 и Р18.

4. Протокол определения твердости образцов стали в отожженном и закаленном состояниях и после отпуска.

5. Кривые зависимости твердости от температуры отпуска сталей У8 и Р18.

6. Рисунки микроструктур сталей с соответствующими пояснениями.

7. Выводы по работе, содержащие объяснения и практическое значение высокой твердости стали Р18 и низкой твердости У8 после высоких температур отпуска.

Лабораторная работа № 4

МИКРОАНАЛИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Цель работы – Изучить состав, термическую обработку, структуру, свойства и назначение некоторых жаростойких и жаропрочных сталей

Стали, в которые введены специальные элементы, заметно изменяющие их определенные свойства, называются легированными сталями.

Свойства легированных сталей зависят от того, какие элементы вводятся в сталь, в каком количестве и в какие взаимодействия вступают легирующие элементы с железом и углеродом. С железом легирующие элементы образуют твердые растворы и интерметаллидные соединения.

По отношению к углероду легирующие элементы можно разделить на две группы:

1. не образующие карбидов – это никель, медь, алюминий, кремний;

2. карбидообразующие – марганец, хром, титан, тантал, цирконий, гафний, вольфрам, ванадий.

Легирующие элементы по влиянию на температурную область существования полиморфных модификаций железа можно разделить на две группы.

Рис. 23. Схемы влияния легирующих элементов на полиморфизм железа

К элементам первой группы относится никель и марганец, они понижают температуру точки А₃ и повышают температуру A₄. В результате этого на диаграмме состояния железо – легирующий элемент наблюдается расширение области g - фазы и сужение области существования a - фазы (рис. Рис. 23).

Как видно из диаграммы сплавы, имеющие концентрацию легирующего элемента больше указанной на рис. Рис. 23.а (точка «х») не испытывают a «g фазовых превращений и при всех температурах представляет собой твердый раствор легирующего элемента в g - железе. Такие сплавы называют аустенитными. Сплавы, частично претерпевающие превращение a «g, называют полуаустенитными.

Элементы второй группы (хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан и др.) понижают температуру критической точки А₄ и повышают температуру точки А₃. Это приводит к тому, что при определенной концентрации легирующих элементов (точка «у» на рис. Рис. 23.б) область g - фазы полностью замыкается и сплавы с концентрацией легирующих элементов больше, чем точка «у» при всех температурах состоят из твердого раствора легирующего элемента в a - железе. Такие сплавы называются ферритными, а сплавы, имеющие лишь частичное превращение – полуферритными.

Конструкционные легированные стали по структуре в нормализованном состоянии делятся на следующие классы: перлитный, мартенситный, аустенитный и ферритный. Каждый из классов целесообразно связать с диаграммой изотермического превращения аустенита (рис. Рис. 24). Для сталей перлитного класса кривая охлаждения пересекает диаграмму изотермического превращения аустенита и структура получается перлитной (рис. Рис. 24.а). Для сталей мартенситного класса скорость охлаждения выше критической и аустенит превращается в мартенсит (рис. Рис. 24.б).

Рис. 24. Диаграммы изотермического превращения аустенита для перлитного (а), мартенситного (б) и аустенитного (в) классов сталей (схема)

Для сталей аустенитного класса диаграмма сдвигается еще больше вправо, а температура начала мартенситного превращения M_Н лежит ниже нуля, поэтому при охлаждении на воздухе структурных превращений не происходит и сохраняется структура аустенита.

Стали, содержащие большое количество ферритообразующих элементов (Cr, Mo, W и др.) выделены в ферритный класс.

Для обозначения марок легированных сталей принята буквенно-цифровая система. Буквами обозначают легирующие элементы: Хром – Х, кремний – С, Никель – Н, Титан – Т, Марганец – Г, Нниобий – Б, Медь – Д, алюминий – Ю, Молибден – М, Азот – А, Вольфрам – В, Бор – Р, Ванадий – Ф, Цирконий – Ц.

Эти буквы, сочетаясь с цифрами определяют состав легированной стали. Цифры впереди марки указывают на содержание углерода в стали: одна – в десятых долях процента (инструментальные стали), а две или три цифры – в сотых долях процента. Если впереди марки цифры нет, то это значит, что сталь содержит либо 1 % С, либо больше. Цифры, стоящие за буквами, указывают на среднее содержание данного легирующего элемента в процентах. Если за буквой цифра отсутствует, это значит, что данного элемента в стали менее 1 %, если стоит цифра 1 – около 1,5 %. Буква А в конце марки обозначает, что сталь этой марки является высококачественной, имеет пониженное содержание серы и фосфора.

Жаростойкие (окалиностойкие) стали

Под действием окружающей среды может произойти разрушение металлов в результате коррозии. Различают химическую коррозию, протекающую при воздействии на металл газов и неэлектролитов, и электрохимическую коррозию, вызываемую действием электролитов: кислот, щелочей, солей. Стали, устойчивые к электрохимической коррозии, называют коррозионно-стойкими (нержавеющими), а стали, устойчивые к газовой коррозии при высоких температурах, называют жаростойкими (окалиностойкими).

Повышение жаростойкости достигается введением в сталь, главным образом, хрома, а также алюминия или кремния. Эти элементы, обладая большим сродством к кислороду, чем железо, в процессе нагрева образуют защитные плотные пленки оксидов (Cr, Fe)₂O₃, (Al,Fe)₂O₃.

Жаростойкость зависит от химического состава стали, а не от ее структуры. Введение в сталь 5-8 % Cr повышает жаростойкость до 700-750 °С, увеличение содержания хрома до 15-17 % делает сталь жаростойкой до 950-1000 °С. При одинаковом содержании хрома жаростойкость и ферритных и аустенитных сталей одинакова.

Рис. 25. Микроструктура стали 15Х25Т – легированной феррит

Для изготовления различного рода высокотемпературных установок, деталей печей и газовых турбин применяют жаростойкие ферритные стали, например – 12Х17, 15Х25Т, и аустенитные, например – 20Х23Н13, 15Х25Н16Г7АР.

Сталь 15Х25Т, содержит, в среднем, углерода 0,15 %, хрома 24-27 %, титана £0,9 %. Благодаря высокому содержанию хрома сталь относится к ферритному классу. В качестве термической обработки применяется отжиг при температуре 760 – 780 °С, структура – феррит (рис. Рис. 25). Сталь применяют для изготовления малонагруженных деталей печей; температура эксплуатации 800 – 1000 °С.

Сталь 20Х23Н18, содержащая, в среднем, углерода 0,2 %, хрома 22-25 %, никеля 17-20 %, кремния 1 %, относится к аустенитному классу; сталь подвергают закалке с температуры 1020 °С, структура – легированный аустенит (рис. Рис. 26). Сталь применяют для изготовления муфелей печей, направляющих, деталей вентиляторов, жаростойкость сохраняется до 800 – 1000 °С.

Рис. 26. Микроструктура стали 20Х23Н18 – легированной аустенит

Сплав Х20Н80 (20 % хрома, 80 % никеля) используют как жаростойкий с повышенным электросопротивлением для электронагревателей печей. Жаростойкость 1050 – 1100 °С.

Для изготовления электронагревателей печей используют жаростойкие стали, легированные дополнительно алюминием: Х13Ю4, Х23Ю5Т - структура близка к представленной на рис. Рис. 25.

Жаропрочные стали

Дата добавления: 2014-10-31