Среднеуглеродистая сталь
Среднеуглеродистая сталь – это сталь, не содержащая легирующих элементов и имеющая в своем состав от 0,25 % до 0,6 % углерода и постоянных примесей
Среднеуглеродистая сталь относится к сталям обыкновенного качества, которые выплавляются в конвертерных печах с использованием кислорода. Она также относится к улучшаемым сталям, потому что для ее улучшения необходима термическая обработка - закалка и высокий отпуск. Среднеуглеродистая сталь поддается легированию, в результате которого она приобретает особые механические свойства. Например, добавление марганца увеличивает прочность и дает высокие упругие свойства, приобретаемые после закалки, отпуска и в некоторых случаях нормализации. Добавление никеля и хрома способствует увеличению вязкости, прочности и других технологических свойств. Сплавы данного класса обладают глубокой прокаливаемостью.
Низколегированная среднеуглеродистая сталь используется в машиностроении после термической обработки, что позволяет изготавливать детали, которые работают в условиях большого трения, статических и вибрационных нагрузок. Конструкционная среднеуглеродистая сталь используется при производстве деталей машин, но предварительно подвергается улучшению. Среднеуглеродистая сталь имеет хорошую режущую способность и высокую твердость, поэтому применяется в производстве режущего инструмента. Кремний снижает вязкость, но при этом одновременно увеличивает прочность, что способствует уменьшению прокаливаемости деталей (пружины и рессоры). Присутствие в среднеуглеродистой стали марганца и хрома увеличивает износостойкость и прочность. Металл хорошо сваривается, поэтому применяется при создании прочных сварных конструкций.
Методология применения физических и механических методов контроля среднеуглеродистой стали
Процесс контроля среднеуглеродистой стали можно разделить на следующие основные этапы:
- Изготовление металлографических шлифов.
- Дилатометрический анализ.
- Выбор режима термической обработки стали.
- Определение механических свойств.
- Исследование микроструктуры металла.
- Рентгеноструктурный анализ.
Изготовление металлографических шлифов состоит из шлифования, полирования и травления. Шлифование осуществляется посредством истирания образца при последовательном переходе к более мелкому зернистому абразивному материалу. Оно проводится мокрым или сухим методом. Мокрое шлифование предохраняет материал от загрязнения частицами обрабатываемого материала. Полирование является конечным этапом при изготовлении микрошлифов. Получение зеркальной поверхности без царапин необходимо для проведения правильного металлографического анализа. Чтобы выявить структуру металла полированный образец протравливается специальными растворами, которыми, как правило являются растворы кислот в спирте.
Дилатометрический анализ заключается в исследовании изменения размеров тел при охлаждении и нагреве при помощи специального прибора - дилатометра. Основные задачи данного этапа: определение коэффициентов, которые характеризуют тепловое расширение материалов при разных температурах; исследование превращений в материалах при нагреве, охлаждении и изотермических выдержках. По форме записи кривых дилатометры делятся на простые и дифференциальные. Простые дилатометры строя кривые в координатах расширения образца от температуры, дифференциальные в координатах разность расширения эталона образца от температуры. Термическая обработка представляет собой тепловое воздействие на металл для получения необходимых свойств благодаря изменению структуры. Про термообработки определяется температурой нагрева, временем выдержки и скоростью охлаждения.
Чтобы определить механические свойства металла проводятся испытания на ударный изгиб и испытания на растяжение. Образец растягивается под действием приложенного усилия до разрушения образца. При испытании на растяжение строится диаграмма растяжения, которая представляет собой зависимость напряжения от деформации. Испытание ударный изгиб заключается в разрушении образца с надрезом одним ударом маятникового копра - ГОСТ 1497-84.
Исследование микроструктуры металла производится при помощи электронного растрового микроскопа. В нем формируется изображение исследуемого металла при сканировании поверхности образца сфокусированным электронным зондом. При взаимодействии зонда и изучаемого объекта в каждой точке поверхности возникают электронные эффекты, регистрируемые датчиками. Рентгеноструктурный анализ позволяет определить фазовый состав, форму и размеры кристаллов, ориентировки кристаллов, внутренние напряжения.
