КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Кузбасский государственный технический университет
имени Т. Ф. Горбачева»
Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»
ОТЧЕТ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ №1
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ
СТАЛЕЙ
Выполнил
Люкшина Ю.Ю.
(ФИО, подпись, дата)
студент 2 курса
группа УКмз-221
Руководитель
Короткова Л.П.
(ФИО, подпись, дата)
Кемерово 2024
Стали общего назначения – это стали, которые обладают хорошими конструкционными и технологическими свойствами и используются для большой номенклатуры деталей машин: валов,
шестерен, муфт, полуосей, деталей кузовов и т.д.
Стали специального назначения – это стали, которые обладают специфическими основными или технологическими свойствами, например, повышенной износостойкостью, коррозионной
стойкостью, жаропрочностью, хорошей обрабатываемостью резанием и т.д.
В современных легированных сталях в качестве легирующих элементов используют в основном: хром, никель, марганец,
кремний, молибден, вольфрам, ванадий, титан, реже – кобальт,
алюминий, медь, цирконий, бор, азот.
Классы легированных сталей по структуре в равновесном
состоянии:
 Перлитный класс. Суммарное количество легирующих элементов в них не превышает 5 %.
 Ферритный класс. Низкоуглеродистые (С0,2 %), высокохромистые либо кремнесодержащие (2–4 % кремния)
стали.
 Аустенитный класс. Низкоуглеродистые (С0,2 %), содержание Ni и Mn в сумме 10 %.
 Ледебуритный или карбидный класс. Высокоуглеродистые
(С0,8 %), содержащие карбидообразующие элементы в
сумме
10 %.
Конструкционные стали общего назначения содержат не более
(0,5-0,6)% углерода, а сумма легирующих элементов в них не превышает 5%.
В зависимости от содержания вредных примесей конструкционные стали общего назначения подразделяются на:
 углеродистые стали обыкновенного качества (S≤0,05%,
P≤0,04%), по способу раскисления – кипящие (кп), спокойные (сп)
и полуспокойные (пс) (ГОСТ 380);
 углеродистые стали качественные (S≤0.04 %, P≤0.035 %)
(ГОСТ 1050).
 легированные конструкционные стали (ГОСТ 4543).
В зависимости от химического состава и типового режима
термической обработки их подразделяют на:
 цементуемые (≤ 0,25 % С);
 улучшаемые (0,3-0,5 % С).
Типовые режимы упрочняющей термической обработки конструкционных сталей общего назначения:
 нормализация. Используется только для углеродистых сталей;
 объемная закалка с последующим низким отпуском на структуру низкоуглеродистого мартенсита. Рекомендуется в качестве упрочняющей обработки, чаще для сталей с пониженным содержанием углерода;
 улучшение на структуру зернистого сорбита. Это основной
вид упрочнения для легированных среднеуглеродистых конструкционных сталей общего назначения;
 изотермическая закалка на структуру бейнита. Применяется
реже, только для деталей сложной формы из комплексно-легированных хромоникелевых сталей бейнитного класса, глубокой прокаливаемости.
Методы поверхностного упрочнения используют для деталей
машин, от которых требуется повышенная твердость на поверхности, используются:
 нитроцементация, цементация для низкоуглеродистых сталей Ст3, 20, 25, 20Х, 18ХГТ,20ХН3ФА, 20ХН3 и др.;
 закалка ТВЧ после нормализации или улучшения для среднеуглеродистых сталей 45, 50, 55, а также низколегированных
30Х, 35Х, 40Х, 45Х, 40Г, 50Г, 45Г2, 47ГТ;
 азотирование для хромоалюминиевых 38Х2Ю, 38ХМЮА,
реже для хромистых 40Х, 45Х и др.
В общем машиностроении используют следующие группы
сталей специального назначения:
 автоматные;
 стали пониженной прокаливаемости;
 рессорно-пружинные;
 износостойкие;
 нержавеющие;
 жаропрочные.
На машиностроительных заводах применяют следующие
виды входного контроля материалов:
 визуальный осмотр без применения увеличительных приборов или с их применением; измерение линейных размеров и
конфигурации спецпрофилей;
 анализ химического состава;
 определение механических свойств;
 проведение технологических испытаний;
 анализ макро- и микроструктуры.
Контроль геометрических размеров и поверхности.
Проводится измерительными инструментами, обеспечивающими погрешность измерения, равную половине допуска на измеряемый параметр. Контролю подлежат размеры, указанные в сертификате на материал.
Контроль химического состава.
Проводится с целью установления соответствия качественного и количественного химического состава металлопродукции
нормам, заявленным в сертификате. Используются методы химического анализа и спектрального анализа.
Контроль основных механических свойств.
Подразделяются на статические и динамические:
 Испытания на растяжение
 Измерение твердости
 Испытание на ударную вязкость
 Испытание на усталость
Контроль технологических свойств.
К технологическим свойствам относятся:
 обрабатываемость давлением;
 свариваемость;
 литейные свойства;
 обрабатываемость резанием;
 шлифуемость;
 поведение в процессе термической обработки.
В стандартах на конструкционные стали предусмотрен контроль на поведение стали при термической обработке. Этот показатель комплексный, характеризуется закаливаемостью, прокаливаемостью, деформацией при термической обработке
Закаливаемость – способность приобретать высокую твердость при закалке. Зависит в основном от содержания углерода в
стали.
Прокаливаемость – способность стали приобретать закаленную структуру на определенную глубину.
Деформация при термической обработке определяется испытаниями на технологических пробах из листов, лент, проволоки,
на трубах и т.д. по действующим на эти испытания стандартам.
Контроль макроструктуры и изломов.
Макроструктуру контролируют на темплетах визуальным
осмотром, сравнивая ее с эталонами шкал
Макроструктуру по излому контролируют на образцах с продольным и поперечным направлением волокна.
Если проводят контроль макроструктуры только по излому,
то применяют образцы с поперечным направлением волокна. Если
же контроль макроструктуры по излому является дополнительным
к контролю на темплетах, то применяют образцы с продольным
направлением волокна.
Контроль микроструктуры конструкционных сталей.
Для сталей контроль микроструктуры является важной составной частью аттестации качества. Перечень контролируемых
параметров и допустимые их значения регламентируются в технических условиях стандартов на стали.
Контроль качества термической обработки.
На всех основных этапах производится контроль качества по
основным параметрам структуры и свойств, которые предусмотрены государственными стандартами и техническими условиями
автомобильных предприятий.
Дефекты термической обработки
Дефекты при отжиге и нормализации: окисление, обезуглероживание, перегрев и пережог металла.
При нагреве в пламенных печах поверхность стальных деталей взаимодействует с печными газами. В результате металл окисляется и на деталях образуется окалина - химическое соединение
металла с кислородом.
Обезуглероживание, т. е. выгорание углерода с поверхности
деталей, происходит при окислении стали. Обезуглероживание
резко снижает прочностные свойства конструкционной стали.
При нагреве стали выше определенных температур и длительных выдержках в ней происходит быстрый рост зерен, ведущий к возникновению крупнокристаллической структуры. Это явление называют перегревом.
Пережог получается в результате длительного пребывания
металла в печи при высокой температуре, близкой к температуре
плавления. Физическая сущность пережога состоит в том, что кислород из окружающей атмосферы при высокой температуре проникает вглубь нагреваемого металла и окисляет границы зерен. В
результате окисления границ зерен механическая связь между зернами ослабевает, металл теряет пластичность и становится хрупким.
Дефекты при закалке: трещины, деформации и коробление,
обезуглероживание, мягкие пятна и низкая твердость.
Закалочные трещины – это неисправимый брак, образующийся в процессе термической обработки. Они являются следствием возникновения больших внутренних напряжений.
Деформация и коробление деталей происходят в результате
неравномерных структурных и связанных с ними объемных превращений, обусловливающих возникновение внутренних напряжений в металле при нагреве и охлаждении.
Окисление и обезуглероживание происходит в основном при
нагреве под закалку от взаимодействия печных газов или расплавленных солей с поверхностными слоями детали
Мягкие пятна – это участки на поверхности детали или инструмента с пониженной твердостью.
Низкая твердость чаще всего наблюдается при закалке инструмента. Причинами низкой твердости являются недостаточно
быстрое охлаждение в закалочной среде, низкая температура закалки, а также недостаточная выдержка при нагреве под закалку.
Результаты контроля качества конструкционных сталей в состоянии поставки
Таблица
Марка
Химический
состав
ШХ20СГ
C= (0,9 – 1)
Si = (0,55 - 0,85)
Mn =(1,4 - 1,7)
Ni – до 0,3
S – до 0,02
P – до 0,027
Cr = (1,4 - 1,7)
Cu – до 0,25
Fe ~ 94
Структура
в состоянии
поставки
Свойства
Твердость после
отжига, НВ кгс/мм2
Факт –
Допуск – (179-217)
Допустимая
микроструктура
Дефекты микроструктуры
Параметры структуры в состоянии поставки
Микроструктура:
Параметр:
не более 5 балла
Карбидная сетка:
Параметр:
не более 3 балла
* Карбидная сетка в микроструктуре стали отожженного проката диаметром, стороной квадрата или толщиной до 85,0 мм включительно не допускается.
Структурная полосчатость:
Максимальный балл:
Калиброванный и со специальной отделкой поверхности – 2
Прокат горячекатаный отожженный (до 85,0 включ.) – 3
Прокат горячекатаный неотожженный – 4
Карбидная ликвация:
Максимальный балл:
Калиброванный и со специальной отделкой поверхности – 1
Прокат горячекатаный отожженный (до 85,0 включ.) – 2
Прокат горячекатаный неотожженный – 3
Загрязненность стали неметаллическими включениями (Оксиды строчечные):
Максимальный балл:
Калиброванный и горячекатаный отожженный (до 40,0 включ.) – 2
Горячекатаный неотожженный (до 40,0 включ.) – 2
Калиброванный и горячекатаный отожженный (Св. 40 до 80 включ.) – 2,5
Горячекатаный неотожженный (Св. 40 до 80 включ.) – 2,5
Горячекатаный неотожженный (Св. 80) – 3
Загрязненность стали неметаллическими включениями (Сульфиды):
Максимальный балл:
Калиброванный и горячекатаный отожженный (до 40,0 включ.) – 2
Горячекатаный неотожженный (до 40,0 включ.) – 2
Калиброванный и горячекатаный отожженный (Св. 40 до 80 включ.) – 2,5
Горячекатаный неотожженный (Св. 40 до 80 включ.) – 2,5
Горячекатаный неотожженный (Св. 80) – 3
Загрязненность стали неметаллическими включениями
(Силикаты недеформирующиеся):
Максимальный балл:
Калиброванный и горячекатаный отожженный (до 40,0 включ.) – 1,5 (допускается превышение, но не более чем на 0,5 балла)
Горячекатаный неотожженный (до 40,0 включ.) – 1,5 (допускается превышение, но не
более чем на 0,5 балла)
Калиброванный и горячекатаный отожженный (Св. 40 до 80 включ.) – 2
Горячекатаный неотожженный (Св. 40 до 80 включ.) – 2
Горячекатаный неотожженный (Св. 80) – 2,5 (допускается превышение, но не более
чем на 0,5 балла)
Микропористость:
Микропористость стали горячекатаного неотожженного и отожженного проката размером сечения более 60,0 мм должна быть не более балла 2
* Микропористость стали горячекатаного неотожженного и отожженного проката размером
сечения 60,0 мм и менее, калиброванного проката и проката со специальной отделкой поверхности,
а также отожженного проката из стали электрошлакового переплава (Ш) и/или вакуумно-дугового переплава (ВД), не допускается.
Результаты контроля качества конструкционных сталей после термической обработки
Таблица
Марка
Режим упрочняющей
Т.О., С
Микроструктура после Т.О
Свойства после
упрочняющей Т.О.
Допустимая микроструктура
ШХ20СГ
Тз = (850-900)
Тотп = (165-170)
HRC 60-64
σи (σв), Мпа =
КСU, МДж/м2 =
Параметры структуры после упрочняющей Т.О.
Дефекты микроструктуры
Микроструктура дефектов стали при термической обработке:
а
б
в
г
д
е
а – закалочные трещины; б – обезуглероживание поверхности; в – мягкие пятна
(троостит и мартенсит); г – низкая твердость (троостит);
д – перегрев (видманштетт); е – недогрев (феррит и мартенсит)