Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Физическое металловедение специальных сталей» и «Физическое материаловедение» (90

бейнитную, феррито-мартенситную структуру и использовать их в условиях

низких температур.

Порядок выполнения работы

1.Студенты получают образцы нескольких марок сталей в литом,

горячекатаном, термоупрочнённом и нормализованном состоянии.

2. По ГОСТ студенты определяют химический состав заданных марок сталей и

заносят его в табл. 4.

Таблица 4

Химический состав стали

3. На образцах слитка после непрерывной разливки оценивают неметаллические включения по ГОСТ 1778-70.

4. После травления в 3% растворе азотной кислоты изучают микроструктуру по зонам слитка и фотографируют её.

5. На нетравленых образцах горячекатаной стали изучают неметаллические включения и оценивают их по ГОСТ 1778-70. Затем сравнивают эти данные с результатами, полученными после непрерывной разливки.

13

6.После травления в 3% растворе азотной кислоты изучают микроструктуру образцов в горячекатаном состоянии, объясняют её образование с помощью диаграмм атермического превращения аустенита и фотографируют её.

7.На горячекатаных образцах определяют твёрдость на приборе Роквелла по шкале В.

Полученные в п.3-7 данные студенты заносят в таблицу 5.

Таблица 5

Результаты исследования неметаллических включений, микроструктуры и

твёрдости сталей после различных технологических обработок

Марка стали Обработка Оценка неметалМикроструктура Твёрдость

лических включений по ГОСТ

8. Сопоставляют полученные данные по структуре и свойствам для

исследуемой марки стали с имеющимися в литературе и делают выводы о её

качестве.

Отчёт должен содержать таблицу 5 и выводы, следующие из неё.

Контрольные вопросы

1.Какие стали относятся к низкоуглеродистым?

2.Как маркируются низкоуглеродистые стали?

14

3.Какие основные технологии производства используют для изготовления низкоуглеродистых сталей?

4.Зачем легируют низкоуглеродистые стали?

6.Требуется ли специальное легирование для сталей, подвергаемых контролируемой прокатке?

7.Какие свойства контролируют у низкоуглеродистых низколегированных сталей?

Библиографический список

1.Специальные стали [Текст] / М.И.Гольдштейн [и др.]. – М.: Металлургия,

1985. – 407 с.

2.Материаловедение [Текст] / Ю.П.Солнцев [ и др.]. – СПб: ХИМИЗДАТ, 2004.

– 734.с.

3.Металлография железа. Т.2. [Текст] / под ред. Ф.Н. Тавадзе. – М.: Металлургия, 1972, - 284 с.

4.ГОСТ 380-71. Сталь углеродистая обыкновенного качества [Текст]. - Введ.

1970-01-01 – М: Издательство стандартов, 1970.-26 с.

5. ГОСТ 5781-82. Сталь горячекатаная для армированных железобетонных конструкций. Технические условия [Текст]. – Введ. 1982-17-12 – М:

Издательство стандартов, 1982. - 12 с.

6. ГОСТ 10884-94. Сталь арматурная термомеханически упрочнённая для железобетонных конструкций. Технические условия [Текст]. - Введ. 1996-01-01

– Минск: Издательство стандартов, 1995. – 16 с. 15

7. ГОСТ 27772-88. Прокат для строительных сварных конструкций [Текст]. –

Введ. 1989-01-01 - М: Издательство стандартов, 1988. - 17 с.

8. ГОСТ 20295-85. Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов. Технические условия [Текст]. - Введ. 1987-01-91 - М:

Издательство стандартов, 1986. - 26 с.

9. ГОСТ 1778-70. Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений [Текст]. – Введ. 1972-01-01. – М: Издательство стандартов, 1970. - 26 с.

16

Лабораторная работа №2

Влияние нормализационной обработки на структуру изотропной

электротехнической стали

Цель работы: изучить структуру изотропной электротехнической стали третьей группы легирования после нормализационной обработки.

Электротехнические стали относятся к магнитно-мягким материалам. Для них характерна узкая петля гистерезиса, коэрцитивная сила ≤ 1000А/м, высокая магнитная проницаемость и индукция насыщения, низкие потери на перемагничивание. Эти свойства могут быть обеспечены стали при легировании её кремнием. В анизотропных электротехнических сталях содержание кремния колеблется в пределах 2,7 - 3,3%(масс.), в изотропных -

от 0 до 4,8%(масс.) согласно ГОСТ 21427.0-75. Кремний замыкает γ-область, способствует ферритизации стали и росту зерна. Он также увеличивает удельное электросопротивление стали, благодаря чему снижается вихретоковая составляющая потерь. Кремний снижает константу кристаллографической анизотропии, что облегчает процесс вращения доменов при перемагничивании, но несколько снижает магнитную индукцию насыщения.

В качестве дополнительного легирующего элемента в изотропных электротехнических сталях используют в десятых долях процента алюминий. Влияние алюминия подобно влиянию кремния, но он имеет более высокий раскислительный потенциал и поэтому вводится для улучшения чистоты

17

металла. Кроме того, он связывает азот в достаточно крупные нитриды, слабо ухудшающие магнитные свойства.

Углерод является вредной примесью в этих сталях. Плавочное содержание углерода колеблется в пределах 0,03-0,05%(масс.). Он способствует аустенизации стали, расширяет γ-область. И при нагреве до 800-950оС сталь может испытывать α↔γ – превращение, итогом чего является наличие в структуре стали небольших количеств перлита или цементита.

На долю изотропных электротехнических сталей приходится около 80%

объёма производства. Они применяются для изготовления вращающихся магнитопроводов, низковольтной и высоковольтной аппаратуры, дросселей,

реле.

Традиционная технология производства изотропных электротехнических сталей включает в себя следующие операции: выплавку, разливку на слябы,

горячую прокатку, нормализационную обработку, травление, холодную прокатку, рекристаллизационный и обезуглероживающий отжиг, нанесение электроизоляционного покрытия.

После горячей прокатки сталь имеет разнохарактерную структуру по толщине полосы: поверхностный слой имеет достаточно равноосное рекристаллизованное зёренное строение, внутренний – вытянутые полигонизованные зерна. Перлит и цементит располагаются в основном по границам зёрен в центре полосы и обнаруживают себя в виде строчек,

параллельных плоскости прокатки. Такая структура «слоёного пирога» имеет

18

различные механические свойства: поверхность - менее твёрдая, сердцевина – более твёрдая. Этот факт затрудняет процесс холодной прокатки. Поэтому нормализационная обработка для сталей третьей и четвёртой групп легирования достаточно важна. Она увеличивает поверхностную зону рекристаллизационного зерна и средний размер зерна. Механические свойства по толщине полосы выравниваются. В литературе приводятся данные, что нормализационная обработка улучшает текстуру и магнитные свойства стали.

Порядок выполнения работы

1. Студенты получают коллекцию образцов изотропной электротехнической стали третьей группы легирования, подвергнутых нормализационной обработке, режимы которой представлены в таблице 1.

Таблица 1

Режимы нормализационной обработки изотропной электротехнической стали

19

2.Все образцы полируют, травят в 3-х процентном растворе азотной кислоты на спирте, изучают микроструктуру стали и фотографируют её.

3.По ГОСТ 5639-80 определяют номер зерна, а по нему средний размер зерна.

Затем строят графики зависимости величины среднего размера зерна от температуры нормализации и времени выдержки.

4. Сравнивают полученные данные с горячекатаным состоянием и делают выводы о влиянии нормализации на структуру стали. Все полученные результаты заносят в таблицу 2.

Таблица 2

Влияние нормализационной обработки на микроструктуру и величину зерна изотропной электротехнической стали.

Отчёт должен содержать таблицу 2 и выводы следующие из неё.

20

Контрольные вопросы

1.К какому классу по структуре относятся изотропные электротехнические стали?

2.Какие элементы могут быть использованы при легировании этих сталей?

3.Как кремний влияет на свойства стали?

4.Как алюминий влияет на свойства стали?

5.Каковы основные технологические переделы изотропной электротехнической стали?

6.Каково назначение нормализационной обработки?

7.Как нормализационная обработка непосредственно влияет на структуру изотропной электротехнической стали?

8.Как нормализационная обработка влияет на магнитные свойства изотропной электротехнической стали?

Библиографический список

1.Металловедение. Сталь. Т.2.2 [Текст] / под ред. С.Б. Масленкова. – М.: Металлургия, 1995, - 397 с.

2.Изотропная электротехническая сталь / Б.И. Миндлин [и др.]. – М: Интермет Инжиниринг, 2006. – 239 с.

3.ГОСТ 21427.2 83. Сталь электротехническая холоднокатаная изитропная

тонколистовая. Технические условия [Текст]. – Введ. 1984-01-01 - М: Издательство стандартов, 1983. - 15с.

21

Лабораторная работа №3

Брак, возникающий при обработке сталей, и меры его устранения

Цель работы: изучить виды брака, встречающегося при обработке сталей, и

меры борьбы с ним.

Сталь после выплавки разливают в слитки или слябы на установках непрерывной разливки стали. И в том, и в другом случае имеет место ликвация.

Ликвация— неоднородность сплава по химическому составу, структуре и неметаллическим включениям, образующаяся, при кристаллизации слитка,

непрерывно-литой заготовки. Ликвация делится на макроликвацию - зональную по объёму слитка. Она не устраняется методами термической обработки. Её можно минимизировать, используя только металлургические приёмы.

Микроликвация (дендритная) - в объёме одного зерна. Дендритная ликвация может быть устранена гомогенизирующим (или диффузионным) отжигом,

который проводится при температуре 0,90-0,95 Тпл и достаточно больших выдержках. Как правило, эта обработка используется для легированных сталей.

Неустранённая дендритная структура наследуется последующими переделами стали (горячей пластической деформацией и термической обработкой), что не приводит к получению однородной структуры и свойств стали. В частности, наличие дендритной структуры в литом состоянии лежит в основе получения в горячекатаной стали полосчатой структуры. Этому в

значительной мере способствует прокатка в α+γ – области и, сопровождающее

22