Технологические свойства углеродистой стали и область ее применения

Отдельные изделия изготовляют обработкой резанием, ковкой, штамповкой, сваркой, литьём. Поведение сталей при обработке (технологические свойства) влияет на их качество, себестоимость и производительность труда.

Обрабатываемость резанием углеродистой стали характеризуется стойкостью режущего инструмента (время работы между переточками), допустимыми скоростями и усилиями резания, чистотой обработанной поверхности. С увеличением прочности и твердости, т.е. с повышением содержания углерода в стали, обрабатываемость ее ухудшается, но стали и с очень малым содержанием углерода (со структурой почти чистого феррита) обрабатываются плохо из-за низкой чистоты поверхности. Оптимальной обрабатываемостью обладают доэвтектоидные стали со структурой пластинчатого (а эвтектоидные и заэвтектоидные - со структурой зернистого) перлита. Обрабатываемость зависит также от величины зерна: лучше обрабатываются крупнозернистые стали (образуется сыпучая стружка). Хорошо обрабатываются стали с повышенным содержанием серы и фосфора (до 0,1-0,3%).

Штампуемость ухудшается с повышением прочностных свойств стали, особенно предела текучести (s_0.2). Способность стали к вытяжке характеризуется отношением s_0.2/s_в, которое для глубокой витяжки равно 0,65-0,70, а сталь должна содержать около 0,08%С, до 0,4%Мn и не более 0,3% Si (т.е. обычная "кипящая" сталь). Большое влияние на качество штамповок оказывает величина зерна: крупнозернистые стали с неоднородным зерном дают шероховатую поверхность и склонны к образованию разрывов при штамповке, а очень мелкозернистые - пружинят и сильно изнашиваются штампы.

Свариваемость стали определяется качеством металла в сварном шве и околошовной зоне. Чем шире температурный интервал кристаллизации, тем легче образуются горячие трещины. Интервал кристаллизации возрастает с увеличением содержания углерода (см. рис.1), следовательно, свариваемость ухудшается. Кроме того, повышение содержания углерода увеличивает закаливаемость стали, что способствует образованию трещин при пониженных температурах (холодные трещины). Поэтому содержание углерода в свариваемых сталях ограничивается.

Литейные свойства стали - жидкотекучесть (заполняемость металлом формы), склонность к ликвации, чистота поверхности отливок (пригар), объёмная усадка (склонность к образованию усадочных раковин и рыхлости), линейная усадка (склонность к образованию трещин) - ухудшаются с повышением содержания углерода. Поэтому для литья используют обычно стали с содержанием углерода до 0.4%. Но в этом случае литейные свойства стали невысокие: имеется склонность к образованию раковин, трещин, плохая жидкотекучесть, большой пригар.

Структура стали характеризует ее свойства, а следовательно, и область применения.

Доэвтектоидные стали являются конструкционным материалом, применяемым для изготовления большой номенклатуры деталей машин.

Стали, содержащие более 0,7%углерода, используются в основном как инструментальные. Высокоуглеродистые (С > 1%) стали повышенной стойкости и износостойкости, применяют для изготовления режущего инструмента; стали с меньшим содержанием углерода, обладающие одновременно достаточной вязкостью, используют для изготовления инструмента, работающего с ударными нагрузками.

Задание и методические указания

В настоящей работе студенты изучают структуры углеродистых сталей в равновесном состоянии и устанавливают связь между структурой и диаграммой Fe- Fe₃C. Для выполнения работы студенту предоставляется коллекция шлифов различных углеродистых сталей.

Студент должен:

1) исследовать под микроскопом шлифы и указать, к какому виду сталей относится каждый образец;

2) определить по структуре процентное содержание углерода;

3) определить марку стали и указать механические свойства, приведенные в табл. 1;

4) записать полученные данные в табл 2;

5) составить отчет о данной работе.

При составлении отчета необходимо начертить часть диаграммы Fe - Fe₃С, которая относится к области cталей, и зарисовать все просмотренные структуры сталей с указанием названия структурных составляющих и марки сталей.

Таблица 2

Записи анализа сталей

№ образца	Содержание структурных составляющих	Содержание С	Предел прочности при разрыве	Твердость	Ударная вязкость
феррит	перлит	цементит	%	МПа	МПа	Нм/см^2

Контрольные вопросы

1. Структурные составляющие железоуглеродистых сталей.

2. Как классифицируют стали по структуре в отожженном состоянии?

3. Как определяют содержание углерода в стали по микроструктуре?

4. Классификация углеродистых сталей по назначению и способу производства.

5. Каково влияние углерода на структуру и свойства сталей?

6. Что такое аустенит?

7. Что такое феррит?

8. Что такое цементит?

9. Что такое перлит?

10. Какую кристаллическую решетку имеет гамма-железо?

11. Какую кристаллическую решетку имеет альфа-железо?

12. Диаграмма состояния Fe-Fe₃C (анализировать участок с перитектикой).

13. Диаграмма состояния Fe-Fe₃C (анализ стального участка).

14. Диаграмма состояния Fe-Fe₃С (анализ чугунного участка).

15. Классификация, маркировка, применение углеродистых сталей.

16. Влияние постоянных примесей на структуру и свойства сплавов (углерод, кремний, марганец).

17. Влияние постоянных примесей на структуру и свойства сплавов (фосфор, сера, водород, азот, кислород).

18. Укажите структуру Стали 08кп в равновесном состоянии.

19. Укажите структуру Стали30 в равновесном состоянии.

20. Укажите структуру Стали45 в равновесном состоянии.

21. Укажите структуру Стали80 в равновесном состоянии.

22. Укажите структуру стали У8А в равновесном состоянии.

23. Укажите структуру Стали10 в равновесном состоянии.

24. Укажите структуру стали У10А в равновесном состоянии.

25. По каким признакам производят классификацию углеродистых сталей?

26. К какой группе по качеству относится сталь Ст3?

27. К какой группе по качеству относится Сталь45?

28. К какой группе по качеству относится сталь У10?

29. К какой группе по качеству относится сталь У10А?

30. К какой группе по назначению относится Сталь05?

31. К какой группе по назначению относится сталь Ст3кп?

32. К какой группе по назначению относится сталь У8А?

33. К какому виду относят конструкционную Сталь 08кп?

34. К какому виду относят конструкционную Сталь20?

35. К какому виду относят конструкционную Сталь35?

36. К какому виду относят конструкционную Сталь60?

37. На что указывает цифра в стали Ст5кп?

38. На что указывает буквы кп в стали Ст5кп?

39. Что обозначает буквы пс в марке стали БСт3пс?

40. Что обозначает буква Б в марке стали БСт3пс?

41. Что обозначает буква В в марке стали ВСт5?

42. Сколько углерода в стали?

43. Сколько углерода в Стали 08кп?

44. Сколько углерода в Стали30?

45. Сколько углерода в стали У8А?

46. Сколько углерода в Стали80?

47. В какой из перечисленных сталей наименьшее количество углерода - Сталь05, Ст5кп, Сталь20, У10, У8А, Стали80?

48. Какую из деталей целесообразнее изготовить из Стали45?

49. Какую из деталей целесообразнее изготовить из Стали55?

50. Какую из деталей целесообразнее изготовить из стали У10?

51. Какая из сталей (Сталь35 и У10) прочнее в равновесном состоянии?

Дата добавления: 2014-11-29