Средняя общеобразовательная школа №6 «Исследование структуры стали марки 14хгн»




Скачать 153.17 Kb.
НазваниеСредняя общеобразовательная школа №6 «Исследование структуры стали марки 14хгн»
Дата30.08.2012
Размер153.17 Kb.
ТипИсследование
Муниципальное образовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа №6


«Исследование структуры стали марки 14ХГН»

Исследовательская работа


Выполнил:

Казаченко Р.,

уч. 8 «Б»,

МОУ СОШ №6

Руководитель:

Худолеева Е. Е.,

МОУ СОШ №6,

учитель химии


ЛЕСОСИБИРСК,2012


Содержание

Введение……………………………………………………………………….




1.Сталь……………………………………………………………………




1.2.Марка стали 14ХГН……………………………………………………




2. Приготовление микрошлифа




2.1. Травление образцов стали марки 14ХГН…………………………..…




3.Макроскопический анализ (изучение макроструктуры)……………




3.1 Способы макроанализа …………………………………………




4. Микроскопический анализ………………………………………………….




5.Оборудование…………………………………………………………




6.Практическая часть………………………………………………………




Заключение……………………………………………………………………




Литература………………………………………………………………………




Приложение……………………………………………………………………






Введение


В наше время строители используют сотни наименований различных материалов. Прогресс в этой области достиг небывалых вершин. Частных лиц и организаций, желающих купить профиль для металлопластиковых окон, становится больше год от года – и это имеет свое объяснение. Просто без металла и изделий из него не может функционировать ни одна отрасль хозяйства. Скажем, для строительных фирм большое значение имеют металлоконструкции. В качестве опорных элементов используются стальные балки этой марки, а одним из лучших кровельных материалов признан профнастил. Тяжелая строительная техника, огромные сооружения наподобие телевизионных вышек – все они строятся на основе металлопроката.

В аграрном секторе также невозможно прожить без металла. Металлические детали имеются и в сельхозтехнике, и в зданиях сельскохозяйственного назначения.

Одним из востребованных металлоизделий является стальной пруток марки 14ХГН . Данная разновидность металлопроката производится в строгом соответствии с ГОСТ 4543-71.

пруток стальной применяется в промышленности, строительстве, прокладке трубопроводов и в других областях.

Стальные прутки используется для портальных кранов, судовых кранов, мостовых кранов, автокранов, башенных кранов, лебедок, изготовления строп.

Как известно, пруток сталь имеет неограниченную область применения. Это и изготовление декоративных и силовых частей для изгородей, балконов и т.д, а также для заточки болтов, винтов и многих других деталей, используемых в машиностроении. Часто можно встретить использование стального прутка марки 14ХГН для армирования железобетона.

Таким образом, пруток - это металлическое изделие, выпускаемое из стали 12ХН, 40ХН, 12ХН3А, 20ХН3А, 14ХГН, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 40ХМФА. Производство его осуществляется непосредственно на металлургическом заводе методом прокатки на горячем стане. Хотя некоторые виды изготавливают также методами прессования, ковки или вытягивания. После осуществления прокатки такую заготовку формуют методом волочения (теплого или холодного).

Задачей нашего исследования является макроскопическое исследование прутка 14ХГН. Выявить одну из причин частых изломов прутков из этой стали. Для безопасности применения в строительстве, промышленном применении на заводах и в быту.

Образцы для исследования взяты с Речного порта, цель: применить для поднятия грузов и судов.


Сталь


Сталь — это сплав железа с углеродом, содержащий углерод (до 2%), марганец (до 0,8%), кремний (до 0,35%), фосфор (до 0,07%) и серу (примерно 0,035%).

В системе железо — углерод существуют следующие фазы: жидкая фаза L, феррит δ, аустенит γ, цементит Fe3С

1. Жидкая фаза. В жидком состоянии железо хорошо растворяет углерод в любых пропорциях с образованием однородной жидкой фазы.

2. Феррит — твердый раствор внедрения углерода в α-железе с ОЦК (объемно-центрированой кубической) решеткой.

При температуре выше 1392 °C существует высокотемпературный феррит, с предельной растворимостью углерода около 0,1 % при температуре около 1500 °C (точка I)

Свойства феррита близки к свойствам чистого железа. Он мягок и пластичен, магнитен (при отсуствии углерода) до 770 °C.

3. Аустенит (γ) — твердый раствор внедрения углерода в γ-железе с ГЦК (гране-центрированной кубической) решеткой.

Атомы углерода занимают место в центре гранецентрированной кубической ячейки.

Аустенит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную — 0,8 % при температуре 727 °C (точка S), максимальную — 2,14 % при температуре 1147 °C (точка Е).

4. Цементит (Fe3C) — химическое соединение железа с углеродом (карбид железа), со сложной ромбической решеткой, содержит 6,67 % углерода. Он твердый (свыше 1000 HВ), и очень хрупкий. Цементит фаза метастабильная и при длительным нагреве самопроизвольно разлагается с выделением графита.



Рисунок 1 – диаграмма железо – углерод


1.2 Марка стали 14ХГН


Марка - 14ХГН сталь конструкционная легированная ,хромо -марганцовистоникелевая. Содержит Х-хром, до 1%, Г-марганец, до 1%,Н-никель, до 1%,0,14% С-углерода.

Таблица 1 - Химический состав в % материала 14ХГН .

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

0.13 - 0.18

0.17 - 0.37

0.7 - 1

0.8 - 1.1

до 0.035

до 0.035

0.8 - 1.1



Механические свойства при Т=20 o С материала 14ХГН .

Т,С (1)=Закалка 870 o C, масло, Отпуск 150 - 180 o C, воздух. Механические свойства стали 14ХГН при Т=20oС

sв - Предел кратковременной прочности , 1080[МПа]

sT - Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), 835[МПа]

d5 - Относительное удлинение при разрыве ,8 [ % ]

KCU - Ударная вязкость , 780[ кДж / м2]


  1. Приготовление микрошлифов


В оптическом микроскопе рассматриваются микрошлифы — специальные образцы металла, имеющие шлифованную и полированную гладкую поверхность, отражающую световые лучи.

Вырезка образца из исследуемого металла. Детали или образцы небольших размеров и веса после подготовки поверхности можно непосредственно установить на столике микроскопа. Если же размеры или вес детали (образца) значительны или трудно получить на детали плоскую поверхность, необходимо вырезать из детали специальную пробу, часто называемую темплетом.

Особое значение для результатов исследования имеет выбор места, из которого надо вырезать образец, и выбор той поверхности, по которой надо приготовить микрошлиф. Этот выбор зависит от цели исследования и формы детали.

Для изучения микроструктуры слитка вырезают несколько образцов (темплетов) таким образом, чтобы можно было определить изменение структуры по ряду поперечных сечений.

При исследовании причин разрушения различных деталей в процессе эксплуатации образцы для анализа вырезают вблизи места разрушения и в отдалении от него, чтобы можно было определить наличие каких-либо отклонений в строении металла. Кроме того, изучают структуру в продольном и поперечном направлениях.

Получение плоской поверхности образца. Поверхность образца, по которой будет проводиться металлографическое исследование, подвергают специальной обработке. В первую очередь получают приблизительно плоскую поверхность.

Шлифование плоскости образца. После получения приблизительно плоской поверхности образец шлифуют наждачной бумагой, помещенной для этого на плоском основании (обычно на стекле), или закрепленной с помощью зажимных колец, или наклеенной на вращающийся круг.

Шлифование производят последовательно наждачной бумагой различного сорта, сначала с более крупным зерном абразива, а затем с более мелким. Направление движения образца по наждачной бумаге или положение образца относительно направления круга при смене сорта бумаги изменяют на 90° для лучшего удаления гребешков и рисок, созданных предыдущим шлифованием (рис.3).




Рисунок 3 – используемая наждачная бумага с разным зерном


Остающиеся на поверхности образца после шлифования частицы абразивного материала удаляют обдуванием воздухом или промывкой водой.

При шлифовании очень мягких металлов вырываемые из наждачной бумаги абразивные частицы и металлические опилки могут легко вдавливаться в поверхность мягких металлов, поэтому наждачную бумагу предварительно смачивают в керосине или натирают парафином. Последнее применяют, например, при изготовлении микрошлифов из алюминия.

Полирование плоскости образца. Полированием удаляют оставшиеся после шлифования мелкие риски. Применяют механический, химико-механический и электрохимический способы полирования.

1. Механическое полирование производят на вращающемся круге с натянутым или наклеенным полировальным материалом (фетр, бархат, тонкое сукно), на который непрерывно или периодически наносят абразивное вещество с частицами очень малых размеров (оксид хрома, оксид алюминия, оксид железа и т. д.). Эти абразивные вещества предварительно взмучивают в воде, а затем поливают ими круг.

Полировальный круг должен быть влажным, а нажатие образца на круг незначительным. Скорость вращения круга диаметром 250 мм должна быть 400–600 об/мин.

Полирование считается законченным, когда поверхность образца приобретает зеркальный блеск и даже под микроскопом не видны риски или царапины.

2. Химико-механическое полирование производят полировальным кругом, на который вместе с абразивом наносят химические вещества, способствующие более быстрой обработке.

Для полирования черных металлов применяют пасту ГОИ. Эта паста выпускается трех сортов по зернистости и состоит из трехоксида хрома, стеарина, керосина, силикагеля и других веществрис.4).





Рисунок 4– паста ГОИ для полирования: а) паста весовая б) специальная для стали



2.1Травление стали 14ХГН


Травление стали - это удаление совершенно ненужных окислов и окалин с поверхности стали.

Для травления стали 14ХГН используем 3 травителя и выясним как будет меняться макроструктура стали под их воздействием.


Травители:

  1. Азотная кислота – HNO3(рис.5)



Рисунок 5 - Азотная кислота




  1. Соляная кислота – HCl(рис.6)



Рисунок 6 - Соляная кислота




  1. Реактив Гейна – на 1000мл. H2O 53г. NH4Cl и 85г. CuCl2.


Для проведения исследований нам понадобилось следующее лабораторное оборудование и посуда: фотобумага контрастная, глянцевая, раствор 5%-ной серной кислоты, спирт, Реактив Гейна, пропиточная бумага, 25%-ный раствор гипосульфита, лупа (х10, 1 шт.), резиновый валик (1 шт.), вата, химические ванночки (4 шт.), пинцет (2 шт.), посуда для хранения химреактивов, шлифовальная бумага, образцы деталей.


3.Макроскопический анализ


Макроанализ заключается в определении строения металла путем просмотра его излома или специально подготовленной поверхности невооруженным глазом или через лупу при небольших увеличениях — до 30 раз.-250 раз. Это позволяет наблюдать одновременно большую поверхность и получить представление об общем строении металла и о наличии в нем определенных дефектов.

Макроскопический анализ не определяет подробностей строения и часто является предварительным, но не окончательным видом исследования. Характеризуя многие особенности строения, макроанализ позволяет выбрать те участки, которые требуют дальнейшего микроскопического исследования.

С помощью макроанализа можно определить:

1. Нарушение сплошности металла: усадочную рыхлость, газовые пузыри и раковины, пустоты, образовавшиеся в литом металле, трещины, возникшие при горячей механической или термической обработке, флокены, дефекты сварки (в виде непровара, газовых пузырей, пустот);

2. Дендритное строение и зону транскристаллизации в литом металле;

3. Химическую неоднородность сплава (ликвацию);

4. Неоднородность строения сплава, вызванную обработкой давлением: полосчатость, а также линии скольжения (сдвигов) в наклепанном металле;

5. Неоднородность, созданную термической или химико-термической обработкой.

Поверхность, подлежащую макроанализу, изучают непосредственно (по виду излома) или шлифуют и подвергают травлению специально подготовленными реактивами. На шлифованной поверхности не должно быть загрязнений, следов масла и т. п., поэтому ее перед травлением протирают ватой, смоченной в спирте. Подготовленный образец называют макрошлифом.

Большое значение для успешного выполнения макроанализа имеет правильный выбор наиболее характерного для изучаемой детали сечения или излома.

3.1Способы макроанализа


В зависимоcти от состава сплава и задач, поставленных в исследовании, определили следующие способы:

1. Для выявления дефектов, нарушающих сплошность металла, флокенов, строения стали, волокон катаной стали применяют реактивы как глубокого, так и поверхностного травления. Состав некоторых реактивов для глубокого травления указан в таблице 3.

После травления макрошлиф приобретает рельефную поверхность с отчетливо видимыми осями дендритов ,ликвационной зоной и трещинами (если они были в изломе или если в металле обнаружились флокены).

Травление производят в вытяжном шкафу; макрошлифы вынимают из реактива щипцами или рукой, защищенной резиновой перчаткой.

Для поверхностноготравления чаще всего применяют реактив Гейна, содержащий (на 1000 мл воды) 53 г хлористого аммония NH4Cl и 85 гхлористой меди CuCl2.

При погружении макрошлифа в реактив (на 30–60 с) происходит обменная реакция: железо вытесняет медь из водного раствора, и она оседает на поверхности шлифа; на участках, недостаточно защищенных медью (поры, трещины, неметаллические включения), происходит травление. Затем макрошлиф вынимают, слой осевшей меди снимают ватой под струей воды и протирают макрошлиф досуха, чтобы предохранить его от быстрого окисления на воздухе.Макрошлиф вынимают, слой осевшей меди снимают ватой под струей воды и протирают макрошлиф досуха, чтобы предохранить его от быстрого окисления на воздухе.

Этот реактив более отчетливо выявляет характер ликвации и полосчатость деформированной стали, но менее резко выявляет структуру литого металла и трещины, особенно вызванные флокенами. Для последних целей более пригодны указанные выше реактивы глубокого травления.

Таблица 3 – Наиболее употребительные реактивы для глубокого травления

Сталь

Состав реактива, мл

Количество воды, мл

Режим травления при
температуре 60–70 °С

HCl

HNO3

Двухромовокислый калий

Углеродистая, марганцовистая, хромистая, хромомолибденовая, хромованадиевая

50





50

15–25 мин

Остальные марки легированной — конструкционной стали и инструментальной стали

50

30



50

25–35 мин

Ферритная и аустенитная стали, устойчивые против коррозии

1000

100

250

1000

30–40 мин



2. Определение химической неоднородности. С помощью макроанализа, в отличие от химического анализа, нельзя определить количественное содержание примесей, но можно установить неоднородность распределения их в металле.

Фотографическую (бромосеребряную) бумагу на свету смачивают или выдерживают 5–10 мин в 5 %-ном водном растворе серной кислоты и слегка просушивают между листами фильтровальной бумаги для удаления излишнего раствора. После этого на приготовленный макрошлиф укладывают фотобумагу и слегка и осторожно, не допуская смещения бумаги, проглаживают рукой или резиновым валиком для удаления оставшихся между бумагой и макрошлифом пузырьков воздуха, так как эти пузырьки оставляют на фотобумаге белые пятна и маскируют результаты анализа. Фотобумагу выдерживают на макрошлифе 2–3 мин.

Сернистые включения (MnS, FeS), имеющиеся в поверхностных участках металла, реагируют с серной кислотой, оставшейся на фотобумаге:

MnS(FeS) + H2SO4 → MnSO4(FeSO4) + H2S (1)

Образующийся сероводород непосредственно против очагов своего выделения воздействует на кристаллики бромистого серебра фотоэмульсии:

H2S + 2AgBr → 2HBr + Ag2S (2)

Темные участки сернистого серебра, образующиеся на фотобумаге, указывают форму и характер распределения сульфидов.

Снятую с макрошлифа фотобумагу промывают под струей воды, фиксируют 20–30 мин в растворе гипосульфита, после чего промывают примерно 10 мин в воде и просушивают.

Определение ликвации углерода и фосфора. Для этой цели используют указанный выше реактив: 85 г CuCl2 и 53 гNH4Cl (на 1000 мл воды).

Способ определения ликвации фосфора и углерода основан на неодинаковом травлении участков с различным содержанием этих элементов. Участки, обогащенные углеродом и фосфором, окрашиваются в более темный цвет. Лучшие результаты достигаются для стали, содержащей менее 0,6 % С. В стали с более высоким содержанием углерода осадок меди, выделяющийся при травлении, плохо смывается с поверхности шлифа.

Последовательность операции макроанализа

При необходимости полного макроскопического исследования и определения как нарушений сплошности металла, так и дефектов строения, целесообразно придерживаться следующей последовательности: сначала производят травление реактивом состава: 85 г CuCl2 и 53 г NH4Cl (на 1000 мл воды), являющимся общим реактивом и позволяющим выявить строение металла; полученные результаты зарисовывают или фотографируют. Затем образец снова шлифуют и определяют распределение серы по отпечатку на фотобумаге. После этого производят глубокое травление для определения нарушений сплошности и флокенов


6. Практическая часть


В ходе исследования образцы были просмотрены под увеличением от 40 до 150 мкм., полученные структуры были зарисованы вручную и сфотографированы. Необходимые данные о термообработке, структуре взяты из литературных источников [2-5]





Марка стали: 14ХГН

Наблюдается черно- белая ориентировка кристаллов или фаз.

Увеличение 100мкм




Рисунок 8 – Макроструктура стали 14ХГН, травитель: HNO3, 150мкм



Марка стали: 14ХГН

Наблюдается заметное иглообразование некоторой фазы.


Рисунок 9 – Макроструктура стали 14ХГН, травитель: HNO3, 150 мкм






Марка стали: 14ХГН

Четкое разделение границы 2ух фаз



Рисунок 10 – Макроструктура стали 14ХГН, травитель: HNO3, 200 мкм






Марка стали: 14ХГН




Рисунок 14 – Макроструктура стали 14ХГН, травитель: Гейна, 100мкм






Марка стали: 14ХГН




Рисунок 15 – Макроструктура стали 14ХГН, травитель: Гейна, 150мкм.






Рисунок 16 – Макроструктура стали 14ХГН, травитель: Гейна, 150мкм.



При проведении химического травления стали 14ХГН выяснили, что наилучшим травителем для данной стали является соляная кислота, но при исследовании с большими увеличениями для проявления неоднородности - травительГейна. Исследовав макроструктуру, выявили наличие трещин и пор, полосчатость, шероховатость при изломе, при увеличении в 150 мкм.наличие четкого изображения структуры.

Литература


1.Лахтин Ю.М.' Металловедение и термическая обработка металлов. Учебник для вузов — 3-е. — Москва: Металлургия, 1983. — 360 с.

2.Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г.' Материаловедение — Москва: Металлургия, 1975. — 445 с.

3. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И.' Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. — Москва: Металлургия, 1972. — 480 с.

4. http://ru.wikipedia.org/wiki

5.Каменичный И.С. (1963) Краткий справочник технолога-термиста
http://lib-bkm.ru/load/88-1-0-140

6.Лахтин Ю.М. (1980) Термическая обработка в машиностроении
http://lib-bkm.ru/load/2-1-0-513

7. Фиргер И.В. (1982) Термическая обработка сплавов
http://lib-bkm.ru/load/88-1-0-565

Похожие:

Средняя общеобразовательная школа №6 «Исследование структуры стали марки 14хгн» iconСредняя общеобразовательная школа №6 «Исследование причин излома ювелирного изделия»
Ювелирные украшения
Средняя общеобразовательная школа №6 «Исследование структуры стали марки 14хгн» iconМоу тогурская средняя общеобразовательная школа Лесные пожары в Колпашевском районе (исследование)

Средняя общеобразовательная школа №6 «Исследование структуры стали марки 14хгн» iconДепартамент образования города Москвы Зеленоградское окружное управление образования Государственное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №1740 Публичный доклад директора гоу сош №1740 Средняя общеобразовательная школа №1740
Средняя общеобразовательная школа №1740 функционирует с 1 сентября 1994 года. Директор школы – Деркунская Татьяна Дмитриевна с сентября...
Средняя общеобразовательная школа №6 «Исследование структуры стали марки 14хгн» icon«Богородская средняя общеобразовательная школа» Октябрьского муниципального района Пермского края
Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение «Богородская средняя общеобразовательная школа» (далее по тексту – Школа) является...
Средняя общеобразовательная школа №6 «Исследование структуры стали марки 14хгн» iconПояснительная записка к учебному плану моу «Ключевская средняя общеобразовательная школа»
Муниципальное общеобразовательное учреждение «Ключевская средняя общеобразовательная школа»- базовая школа
Средняя общеобразовательная школа №6 «Исследование структуры стали марки 14хгн» iconОбразовательная программа является нормативно-управленческим документом муниципального общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа №76»
Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №76»
Средняя общеобразовательная школа №6 «Исследование структуры стали марки 14хгн» iconДоклад муниципального общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа №3» поселок Коммунар
Муниципальное общеобразовательное учреждение«Средняя общеобразовательная школа №3»
Средняя общеобразовательная школа №6 «Исследование структуры стали марки 14хгн» iconПубличный отчёт директора муниципального общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа №25»
Муниципальное общеобразовательное учреждение «средняя общеобразовательная школа №25»
Средняя общеобразовательная школа №6 «Исследование структуры стали марки 14хгн» iconПрограмма развития муниципального общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа»
Муниципальное общеобразовательное учреждение «Искровская средняя общеобразовательная школа»
Средняя общеобразовательная школа №6 «Исследование структуры стали марки 14хгн» iconДоклад маоу «Средняя общеобразовательная школа №2»
Полное название учреждения Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №2»
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница