Аннотация
Введение 6
1 Конструкционные стали 7
1.1 Общие сведения 7
1.2 Малоуглеродистые стали 9
1.3 Среднеуглеродистые стали 10
2 Пробоподготовка образцов 12
3 Методы исследования структуры сталей и сплавов 17
3.1 Оптическая микроскопия 17
3.2 Атомно-силовая микроскопия 20
4 Усталостный износ сталей и сплавов 32
5 Материалы и методы исследования 35
5.1 Сталь 45 35
5.2 Сталь 10 37
5.3 Определение размеров зерна методом секущих 39
5.4 Результаты исследований 41
5.4.1 Сталь 45 42
5.4.2 Сталь 10 54
Заключение 67
Список литературы 68
Подавляющее большинство изделий и деталей машин при эксплуатации испытывает воздействие переменных нагрузок, что может являться причиной их усталостного износа - постепенного или внезапного разрушения материала [1].
Понижение прочности стальных конструкций под влиянием циклических нагрузок было впервые замечено французским ученым Понселе в 1839 году. Это явление было названо им «усталостью металлов».
Позднее, немецким ученым А. Веллером лабораторным путем был установлен тот факт, что усталостное разрушение металлов возникает при напряжениях ниже предела текучести. Интересно отметить, что изменение разрушающих напряжений в зависимости от числа циклов по настоящее время иногда называют «кривыми Веллера», хотя наиболее часто употребляемыми являются термины «кривые выносливости» и «кривые усталости».
В настоящее время, в связи с постоянным ужесточением условий эксплуатации машин и механизмов при одновременном снижении их металлоемкости, очень актуальной является задача разработки расчетного метода прогнозирования усталости металлов и изучения влияния усталостного износа на структуру и механические свойства сталей и сплавов.
Для проведения таких исследований широко применяются способы анализа поверхностей металлов методами атомно-силовой и оптической микроскопии, которые позволяют получать результаты анализа поверхности с высоким пространственным разрешением, а также устанавливать зависимость усталостного износа материалов от величины циклических нагрузок.
Целью настоящей работы является проведение анализа структуры и механических свойств сталей марок Сталь45 и Ст 10 в исходном состоянии, а также после циклического нагружения величиной 1*103, 5*103 и 9*104 циклов, с помощью атомно-силовой и
оптической микроскопии.
В данной работе приведены результаты структурных исследований конструкционных углеродистых качественных сталей марок Сталь45 и Ст10 на оптическом и атомно-силовом микроскопах. Исследование микроструктуры образцов из вышеуказанных сталей проводилось в исходном состоянии и после усталостного нагружения величиной 1*103, 5*103 и 9*104 циклов.
В ходе работы установлено, что при малом количестве циклов изменение металлографической структуры сталей 10 и 45 не происходит.
Обнаружено, что заметное изменение структуры сталей происходит при количестве циклов более 2*104.
Также показано, что вследствие того, что цементит является хрупким карбидом, и в нем легко образуется трещина, деформация в стали 45 первоначально протекает в зернах перлита.
Отмечено, что в стали 45, если расстояние между цементитными пластинками большое, то полости могут заполняться ферритом. Такое явление называют «залечиванием» трещин.
Выявлено, что в стали 10 происходит изменение формы ферритного зерна от равноосного к веретенообразному.
Также установлено, что в пределах зерна стали 10 линии скольжения редко бывают прямолинейными. Ферритные зерна покрываются более или менее изогнутыми линиями, идущими по одному или нескольким направлениям. Часто линии скольжения пересекают образовавшиеся ранее.
