Изучение микроструктуры сталей в равновесном состоянии

Лабораторная  работа № 3

ИЗУЧЕНИЕ  МИКРОСТРУКТУРЫ СТАЛЕЙ В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

Цель работы: практическое ознакомление с методикой  металлографического анализа сталей в равновесном состоянии.

Приборы, материалы, инструменты:

1)набор микрошлифов;

2)микроскоп металлографический МИМ-10;

3)атлас микроструктур.

Сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14 % углерода, называются сталями. Под равновесным  состоянием сплава понимается состояние, при котором все фазовые превращения в сплаве полностью закончились в соответствии с диаграммой состояния (рис. 9). Такое состояние наступает только при медленном охлаждении.

1.Цементит (Fe3C) – химическое соединение железа с углеродом (карбид железа). Содержит 6,67 % углерода, обладает высокой твердостью (HB 800), малой пластичностью. Встречается в виде сетки или отдельных включений в структуре заэвтектоидных сталей или белых чугунов. Имеет, как и феррит, светлый вид, но в отличие от феррита не имеет формы зерен.

2.Перлит – механическая смесь (эвтектоид) феррита и цементита. Содержит 0,80 % углерода и образуется при 727 ºС из аустенита. Если цементит расположен в виде мелких зерен в феррите, то мы имеем дело с зернистым перлитом, если в виде пластин – с пластинчатым перлитом.

3.Аустенит (γ) – твердый раствор (внедрения) углерода в γ- железе. Максимальная растворимость углерода в аустените при 1147 °С равна 2,14 %. Кристаллическая решетка аустенита – гранецентрированный куб, причем атом углерода помещается в его центре. Аустенит не магнитен, вязок. Его зерна окрашены в светлый цвет, но в отличие от зерен феррита имеют характерные двойники.

Стали с содержанием  до 0,8 % углерода называются доэвтектоидными. Их структура состоит из феррита и перлита. С увеличением содержания углерода количество феррита в доэвтектоидных сталях уменьшается, а перлита – увеличивается (рис. 10.а - 10.е). При со-держании в стали 0,80 % С количество перлита равно 100 %.

Сталь с содержанием 0,8 % углерода является эвтектоидной и  имеет структуру перлита. В зависимости от формы частиц цементита перлит бывает пластинчатым и зернистым.

Стали, содержащие более 0,80 % С, называются заэвтектоидными. Структура заэвтектоидных сталей при комнатной температуре состоит из перлита и вторичного цементита, причем цементит может располагаться в виде сетки, зерен или игл.

                   а)                       б)                                        в)

 

 

 

 

                   г)                                  д)                          е)

Рис. 10. Изменение  структуры в зависимости от процентного

содержания  углерода.

               

Рис. 9. Структурные составляющие системы  железо-углерод.

Используя правило отрезков и диаграмму железо-цементит, можно, зная соотношение площадей, занятых  перлитом и ферритом, определить содержание углерода в стали (помня, что перлит содержит 0,80 % углерода). Например, пусть  имеется микрошлиф, на котором площади, занятые перлитом и ферритом, составляют соответственно по 50 %. Отсюда находим содержание углерода в стали:

.

Данный образец изготовлен из стали с содержанием 0,4 % углерода.

Порядок выполнения работы

1.Рассмотреть под микроскопом, изучить и зарисовать микроструктуры образцов из отожженной стали с различным содержанием углерода. При изучении структуры образцов сравнивать с фотографиями атласа микроструктур (фиг. 11, 12, 13, 14, 16, 19, 20, 21).

Нумерация образцов Микроструктуры

100 аустенит

101 феррит

102 сталь с 0,15 % углерода

103 сталь с 0,3 % углерода

104 сталь с 0,45 % углерода

105 сталь с 0,6 % углерода

106 сталь с 0,8 % углерода

107 сталь с 1,2 % углерода

2.Для любой из стали (с произвольно выбранным содержанием углерода), пользуясь правилом фаз, построить кривую охлаждения, дать ее анализ.

 

Контрольные вопросы

1.В чем различие между эвтектическим и эвтектоидным превращениями?

2.Дайте определение основных фаз системы железо-цементит: феррит, аустенит, це-ментит, перлит, ледебурит.

3.В чем различие между техническим железом, сталью, чугуном по составу, строе-нию и свойствам?

4.Классификация сталей. Их различие по составу, строению, свойствам.

5.Как влияет повышение содержания углерода на механические свойства сталей?

6.Принцип классификации стали по назначению.

7.В чем различие между сталью обычного и повышенного качества, что такое марки-ровка?

8.Маркировка, назначение и особенности автоматных сталей.

9.Маркировка, назначение и особенности сталей для фасонного литья.

10.Маркировка, назначение и особенности инструментальных углеродистых сталей