Структурный анализ металлов. Макроанализ

Структурный анализ – это изучение картины строения металла (структуры).

Макроанализ – это изучение структуры металла при увеличении до 30 раз.

Макроанализ нужен для определения макродефектов.

К макродефектам относятся: трещины, поры сварном шве, зерна и кристаллы в литом металле, направление волокон в деформированном металле, излом.

Операции по изготовлению макрошлифа:

зерна и кристаллы в литом металле

  1. Механическая вырезка образца;
  2. Шлифование;
  3. Травление в растворе HNO3;
  4. Промывка спиртом и сушка.

Зерна и кристаллы в литом металле

Структурный анализ металлов. Микроанализ

Микроанализ – это изучение структуры металла при увеличении свыше 50 раз. Микроанализ нужен для:

  1. Определения типа структуры (какой металл);
  2. Определения величины микрозерна;
  3. Определения микродефектов (пор, трещин);
  4. Определения содержания углерода (в углеродистых сталях).

Операции по изготовлению макрошлифа:

  1. Механическая вырезка образца;
  2. шлифование;
  3. полирование;
  4. Травление в растворе HNO3;
  5. Промывка спиртом и сушка.

Методы замера твердости металлов 

Методы основаны на вдавливании индентора (стальной или алмазной фигурки)

в испытуемый образец и последующей выдержке 10-15с. По отпечатку в испытуемом образце судят о его твердости. Чем меньше отпечаток тем больше твердость.

1.Метод Бринелля

Метод заключается во вдавливании индентора в испытуемый образец чем является стальной закаленный шарик диаметром 10мм под нагрузкой 30кН (из инструментальной стали). По диаметру отпечатка который остался после вдавливания в испытуемом Образце рассчитывают твердость. Пример обозначения числа твердости (600НВ).

2. Метод Роквелла

Метод заключается во вдавливании индентора в испытуемый образец под предварительной нагрузкой 10 кг, затем дают основную нагрузку, снимают нагрузку и по глубине оставленного отпечатка судят о твердости.

Метод разделяется на 3 способа:

Способ А применяется для металлов и сплавов, вдавливается алмазный конус под нагрузкой 60кг, пример обозначения числа твердости HRA 60.

Способ В применяется для мягких материалов, вдавливается стальной шарик под нагрузкой 100кг, пример обозначения числа твердости HRВ 60.

Способ С применяется для закаленных сталей, вдавливается алмазный конус под нагрузкой 150кг, пример обозначения числа твердости HRС 60.

3. Метод Виккерса

Метод заключается во вдавливании индентора в испытуемый образец чем является алмазная четырехгранная пирамида. Нагрузка может колебаться от 10-12 0кг, время выдержки 10-15сек. По диагонали квадрата отпечатка судят о твердости. Пример обозначения твердости 450HV10/15, при нагрузке 10кг и выдержке 15 сек.

Углеродистые стали и их маркировка

Углеродистая сталь – это сплав железа с углеродом при его содержании до 2,14%.

Примеры маркировки углеродистых
сталей

Конструкционные стали (маркируются 08, 20,45А
двузначным числом которое означает автоматные – А20, А40 (содержание
содержание углерода в сотых долях углерода после буквы А в сотых долях
процента), к ним также относятся процента)
автоматные и литейные стали литейные – 20Л, 40Л

Инструментальные стали (маркировка У8, У12А
начинается с буквы У, после буквы идет
число обозначающее содержание
углерода в десятых долях процента)

Легированные стали и их маркировка

Легированная сталь – это сплав железа с углеродом до 2,14%, с добавлением легирующих элементов. В маркировке легированных сталей присутствуют буквы обозначающие легирующие элементы, после буквы идет число обозначающее содержание легирующего элемента в процентах, если числа нет значит элемента 1%.

Примеры маркировки легированных сталей

Конструкционные стали (маркируются 08ХН2, 20Т3КА,45А двузначным или трезначным числом автоматные – АЦ45Г2, АСЦ30ХМ, которое означает содержание углерода в сотых долях процента), после числа АС20ХГНМ идут буквы обозначающие легирующие литейные – 25Х18 Л, 110Г13Л элементы после каждой буквы идет число обозначающее содержание легирующего элемента в процентах, если числа нет значит элемента 1%.

Инструментальные стали (маркировка 9Х, 7Н2Г3А, Р6М5
начинается с однозначного числа
обозначающего содержание углерода в
десятых долях процента, либо сразу с
букв в этом случае углерода 1%)

Обозначения легирующих элементов в стали:

  • Н – никель (повышает коррозионную стойкость стали, прочность, понижает порог хладноломкости);
  • X – хром (повышает коррозионную стойкость и стойкость к износу);
  • К – кобальт (повышает твердость и прочность);
  • В – вольфрам (повышает теплостойкость, износостойкость и твердость стали);
  • Ф – ванадий (повышает теплостойкость, твердость, прочность, износостойкость);
  • Ц – цирконий (уменьшает зернистость стали);
  • М – молибден (повышает теплостойкость, упругость, прочность, коррозионную стойкость);
  • Г – марганец (повышает твердость и износостойкость);
  • Т – титан (повышает теплостойкость, прочность, коррозионную стойкость);
  • Ю – алюминий (повышает коррозионную стойкость и теплостойкость стали);
  • Б – ниобий (повышает износостойкость и коррозионную стойкость стали);
  • Р – бор (увеличивает прокаливаемость, повышает порог хладноломкости);
  • П – фосфор (как и сера вредная примесь);
  • А — азот (если А внутри маркировки стали, повышает коррозионную стойкость стали);
  • Д – медь (повышает коррозионную стойкость);
  • С – кремний (повышает коррозионную стойкость и упругость стали).

Стали по содержанию легирующих элементов

1) Низколегированные (содержание легирующих элементов менее 5%);

2) Среднелегированные (содержание легирующих элементов от 5 до 10%);

3) Высоколегированные (содержание легирующих элементов от 10 до 50%)

Стали по качеству

Обыкновенного качества (они относятся к конструкционным)

  • Группа А. Эти стали применяются в конструкциях
    не подвергающихся горячей обработке. Пример маркировки Ст3.
    Группа Б. Эти стали применяются в конструкциях
    подвергаемых горячей обработке. Пример маркировки БСт3.
    Группа В. Эти стали применяются для изготовления сварных конструкций.

Пример маркировки ВСт3.

Качественные стали (могут быть и конструкционные и инструментальные) Примеры маркировки: 30, У8, 45ХН, Р6М5.

Высококачественные стали (могут быть и конструкционные и инструментальные) в маркировке присутствует буква А в конце.

Примеры маркировки: 30А, У8А, 45ХНА, Р6М5А.

Стали по степени раскисления

Раскисление – процесс удаления кислорода из жидкого металла.

Для раскисления обычно добавляют алюминий.

По степени раскисления стали бывают: спокойные (маркируются в конце буквами сп, например Ст3сп). Спокойные стали раскислены ферромарганцем, феррокремнием и алюминием. К спокойным сталям относятся легированные стали. Полуспокойные (маркируются в конце буквами пс, например Ст3пс). Кипящие (маркируются в конце буквами кп, например Ст3кп). Кипящие стали раскислены ферромарганцем.

Стали по содержанию углерода

  • Низкоуглеродистые С<0,3%;
  • Среднеуглеродистые 0,3%С<0,7%;
  • Высокоуглеродистые С>0,7%.

Автоматные стали

Предназначена для изготовления крепежных изделий (болты, гайки, шайбы).

Автоматные стали хорошо обрабатываются резанием.

Примеры маркировки: А20, А40 (в начале марки ставится буква А, далее идет содержание углерода в сотых долях процента). Для придания сталям дополнительных свойств в них вводят также другие элементы. (пример легированной стали АЦ40ХГНМ).

Литейные стали

Используют для изготовления отливок (заготовок полученных путем отливания в формы).

Примеры маркировки: 20Л,40Л (в начале марки стали число указывает содержание углерода в сотых долях процента, в конце марки пишется буква Л). Для придания литейным сталям определенных свойств в них вводятся дополнительные элементы. (пример легированной