В равновесном состоянии
Структура углеродистой стали состоит из феррита и цементита. Согласно правилу Курнакова, изменение свойств сплавов смесей, в зависимости от их состава имеет линейный характер. Следовательно, твердость углеродистой стали будет линейно возрастать в зависимости от увеличения содержания углерода.
Структура углеродистых сталей в равновесном состоянии (медленно охлажденных) зависит от их состава (содержания углерода), а свойства – от их структуры. В цепь причинно-следственной связи входит еще одно звено – технологический процесс, с помощью которого при одинаковом составе сплава можно получать различные структуры, а следовательно разные свойства. Таким образом, полная цепь исследуемых в металловедении зависимостей описывается схемой: «состав – технологический процесс – структура – свойства».
При изменении твердости доэвтектоидных сталей наблюдается прямолинейное изменение ее от твердости феррита к твердости перлита пропорционально их соотношению в структуре. Для доэвтектоидных и эвтектоидной сталей по величине твердости можно примерно определить предел прочности σв ≈ 0,35НВÎ10. Для заэвтектоидных сталей эта зависимость несправедлива; твердость сталей повышается, а предел прочности снижается из-за охрупчивающего действия сетки цементита вторичного, расположенной по границам перлитных зерен.
Задание 1.Исследовать микроструктуры сталей пяти составов, зарисовать их схемы, описать и присвоить этим сталям марки в соответствии с ГОСТами.
Задание 2. Измерить твердость сталей с различным содержанием углерода, рассчитать пределы прочности, результаты занести в табл. 4.1. Построить графики зависимости твердости и прочности от содержания углерода, сформулировать выводы.
Таблица 4.1
Химический состав и механические свойства углеродистых сталей
Номер образца | Марка стали | Содержание углерода, % | Твердость | Предел прочности σв, МПа | |
HRB | HB | ||||
– |
Задание 3.Вычертить диаграмму Fe-Fe3C и построить кривую охлаждения для сплава с заданной концентрацией углерода.
План составления отчета
1. Вычертить в масштабе диаграмму состояния Fe — Fe3С, используя правила фаз и отрезков, построить кривую охлаждения для сплава заданной концентрации, описать процессы структурообразования.
2. В промежуточной точке между линиями ликвидус и солидус определить количество сплава в жидком и твердом состоянии.
3. Зарисовать схемы микроструктур сталей различного состава, указав содержание структурных составляющих, и определить марку стали.
4. По результатам измерения твердости образцов сталей с различным содержанием углерода и рассчитанной прочности построить графики соответствующих зависимостей.
5. Сделать вывод, показав связь между химическим составом стали, ее структурой и свойствами.