Организация и технология контроля и испытаний качества, химического состава, свойств марки стали 4X5MФС

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Старооскольский технологический институт им. А.А.Угарова

(филиал) федерального государственного  автономного

образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный  исследовательский  университет  «МИСиС»

 

 

Факультет ММТ

Кафедра металлургии  и металловедения  им. С.П.Угаровой

Направление подготовки      200503 СТС   

Дисциплина Организация и технология контроля и испытания металлургической продукции   

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

Организация и технология контроля и испытаний качества, химического состава, свойств марки стали 4X5MФС

(тема  курсовой  работы )

 

 

 

                                                                             Студент Чернышева Алена Леонидовна

                                                                                                                                       (Ф.И.О.)

                                                 Группа СТС-10-1д

 

Руководитель работы                  старший преподаватель Киселева Наталья Анатольевна

                                                                                           (подпись, ученая степень, звание, Ф.И.О.)

                                                   Отчет защищен с оценкой__________________________

Комиссия:________________________________________

                                                                                                  (подпись, ученая степень, звание, Ф.И.О. )

________________________________________________

 

                                                          ________________________________________________

 

                                                                                       «____»  __________________ 20____г.

 

 

 

Старый Оскол – 2014

 

 

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Старооскольский технологический институт им. А.А.Угарова

(филиал) федерального  государственного автономного

образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный  исследовательский  университет  «МИСиС»

 

 

Факультет ММТ

Кафедра металлургии  и металловедения  им. С.П.Угаровой

Направление подготовки    200503   СТС

Дисциплина Организация и технология контроля и испытания металлургической продукции

 

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ  РАБОТУ

 

Студенту Чернышевой А.Л.                       СТС-10-1д..    ______  17____

                                    (фамилия, инициалы)                                        (группа)                                           (вариант)

 

Тема курсовой работы

Организация и технология контроля и испытаний качества, химического состава, свойств марки стали 4X5MФС

              (утверждена на заседании кафедры  от ___________ протокол № ______)

Научный руководитель_____________________________________________

                                                (ученая степень, звание, Ф.И.О.)

Основные вопросы, подлежащие разработке

Химический состав заданной марки стали 4X5MФС; Методы контроля структуры заданной марки стали; Выбор режима термообработки заданной марки стали; Контроль механических свойств заданной марки стали; Методы неразрушаемого контроля (определение предполагаемых дефектов для заданной марки стали, Выбор метода неразрушающего контроля для заданной марки стали)

 

Дата выдачи задания на выполнение КР ________28.02.2014_____________

 

Руководитель                             _____________________..  _________________              .

                                                                                             (подпись, дата)                                                (инициалы, фамилия)

Задание принял к исполнению ________________.       _______                   ..

                                                                                             (подпись, дата)                                                       (инициалы, фамилия)

 

 

Старый Оскол

2014

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Сталь – деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2,14%) и другими элементами. Сталь – важнейший материал, применяемый в большенстве отраслей промышленности. К стали, в зависимости от применения, предъявляют разнообразные требования. Существует большое число марок сталей, различающихся по химическому составу, структуре, физическим и механическим свойствам.

Число марок стали, применяемых в технике, очень значительно (исчисляется многими тысячами). Оно постоянно возрастает в соответствии с возникающими новыми и разнообразными требованиями многих отраслей промышленности. Эти стали по одному признаку, одинаковому для всех, характеризовать сложно, так как их свойства и назначение различны.

Стали классифицируются по следующим признакам:

• по химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит марганец (0,1-1,0%), кремний (до 0,4%);
• по назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Конструкционные стали применяют для изготовления строительных конструкций, деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, паровых котлов. Инструментальные стали служат для изготовления резцов, штампов и других режущих, ударно-штамповых и измерительных инструментов. К сталям с особыми свойствами относятся электротехнические, нержавеющие, кислотостойкие и др.

• по способу изготовления сталь бывает мартеновской и кислородно-конверторной (кипящей, спокойной и полуспокойной).

В данной курсовой работе рассмотрена легированная инструментальная штамповая сталь 4Х5МФС.

 

 

1 Химический состав стали 

 

 

На структурообразование стали и формирование ее механических и эксплутационных свойств оказывают влияние множество факторов, параметров и процессов как внешних, так и внутренних, происходящих на макро- и микроуровнях. Одним из важнейших факторов является химический состав.

Так как свойства стали непосредственно зависят от её  химического состава, то его необходимо неоднократно контролировать по ходу плавки.

Углерод — основной элемент, определяющий свойства стали. С увеличением содержания углерода повышаются твердость и прочность, снижается пластичность, улучшается обработка резанием, повышается закаливаемость, но ухудшается свариваемость стали. Твердость и прочность тем выше, чем выше дисперсность (более мелкие кристаллы) феррита и цементита.

Вредными примесями для стали являются S, P, O, H, N. Сера (S) ухудшает пластичность и вязкость; сталь становится хрупкой при высоких температурах (красноломкость), поэтому серы должно быть в сталях мене 0,03%. При наличии серы в сплаве по краям зерен создается эвтектика FeS, которая при температурах выше 985 'С плавится, поэтому по границам зерен образуются трещины и металл разрушается .

Наличие фосфора (Р) в стали приводит к хладноломкости (возникают трещины уже при комнатной температуре и, особенно, интенсивно при отрицательных температурах), ухудшается пластичность и вязкость сплава. В высококачественных сталях должно быть фосфора менее 0,03% .

Марганец (Mn) раскисляет сталь и нейтрализует вредное влияние серы S, повышает прочность и износостойкость стали. Кремний (Si) повышает упругость и прочность стали, увеличивает предел текучести, что снижает возможности холодной штамповки и высадки металла [1].

 

1. Химический состав стали 4Х5МФС

 

Стали, применяемые для изготовления инструмента, предназначенного для изменения формы материала деформированием без снятия стружки, относятся к штамповым.

По условиям работы штамповые стали делят на стали для холодного деформирования и стали для горячего деформирования.  Основные требования, предъявляемые к инструментальным сталям: твердость, износостойкость, теплостойкость и др. относятся и к штамповым сталям, однако роль того или другого свойства может изменяться от условий работы инструмента [2].

Достаточно устойчивой маркой инструментальной стали к коррозийному растрескиванию при воздействии высокого напряжения является сталь 4Х5МФС. Также данная марка стали устойчива к коррозии. Основными изделиями, производимыми из такой стали, являются инструменты, эксплуатируемые при различных температурных режимах (в условиях длительных теплосмен до температур 600 – 630 °С).

Сталь инструментальная штамповая 4Х5МФС используется в:

• мелких молотовых штампах;
• крупных (сечением более 200 мм) молотовых и прессовых вставках при горячем деформировании конструкционных сталей и цветных сплавов в условиях крупносерийного и массового производства;
• пресс-формах литья под давлением алюминиевых, а также цинковых и магниевых сплавов.

Следует отметить, что поковка из марки стали 4Х5МФС отличается вязкостью и повышенной стойкостью к термическому удару, то есть сталь 4Х5МФС относится к группе сталей повышенной теплостойкости и вязкости. Такие характеристики обусловлены наличием поковки и высокой чистоте слитка, благодаря чему структура металла становится более прочной. Не применяется  данная марка стали для сварных конструкций.

Химический состав стали 4Х5МФС приведен в таблице 1.

 

Таблица 1 – Химический состав в % материала 4Х5МФС (по ГОСТ 5950-2000)

Углерод (C), %	Кремний (Si), %	Марганец (Mn), %	Никель (Ni), %	Сера (S),%	Фосфор (P), %	Хром (Cr), %	Молибден (Mo), %	Ванадий (V), %	Медь (Cu), %
0.32-0.4	0.9-1.2	0.2-0.5	до 0.4	до 0.03	до 0.03	4.5-5.5	1.2-1.5	0.3-0.5	до 0.3

 

Марка 4Х5МФС расшифровывается так: сталь содержит 0.4 % углерода, легирована хромом (Х5 - 5 %  Cr), молибденом (М), ванадием (Ф),  кремнием (С) [3]. 

Содержание основного структурного элемента (обеспечивающего прочность любого стального материала) - углерода - в стали 4Х5МФС среднее. Однако благодаря этому она обладает достаточно высоким уровнем пластичности, вязкости, теплопроводности и остается стойкой против термической усталости.

Примесями являются: марганец (Mn), медь (Cu), никель (Ni), сера (S) и фосфор (P).

Никель и марганец являются полезными примесями. Они используются для повышения прокаливаемости крупногабаритного штампового инструмента.  Для данной марки стали их содержание ограниченно, так как:

• повышенное содержание никеля ускоряет выделение карбидов по границам аустенитных зерен в интервале 650 – 750 °С, что снижает пластичность стали;
• никель способствует разупрочнению стали при нагреве и снижает сопротивление термической усталости.

Вредными примесями для стали являются сера (S) и фосфор (P). Сера (S) ухудшает пластичность и вязкость; сталь становится хрупкой при высоких температурах (красноломкость), поэтому серы должно быть в сталях мене 0,03%. При наличии серы в сплаве по краям зерен создается эвтектика FeS, которая при температурах выше 985 'С плавится, поэтому по границам зерен образуются трещины и металл разрушается.

Наличие фосфора (Р) в стали приводит к хладноломкости (возникают трещины уже при комнатной температуре и, особенно, интенсивно при отрицательных температурах), ухудшается пластичность и вязкость сплава. В высококачественных сталях должно быть фосфора менее 0,03% .

Случайная примесь - медь (Cu) - примесь, попадающая в сталь с металлоломом; её содержание невелико, поэтому существенного влияния на свойства стали она не оказывает.

1.2 Влияние легирующих  элементов

Штамповые стали легируются такими элементами, как хром, вольфрам, молибден, ванадий, кремний, реже никель, марганец, кобальт, титан.

Легирующими элементами в данной марке  стали являются:  хром (Cr), молибден (Mo), ванадий (V),  кремний (Si).

Хром, ванадий, молибден относятся к разряду карбидообразующих, способствуют повышению стойкости против отпуска и возникновению вторичного твердения при отпуске, а за счет кремния в стали достигается уменьшение разгара. При этом карбидообразующие элементы также обладают рядом свойств, улучшающих износостойкость и другие параметры стали.