Порядок выполнения работы. Изучение микроструктуры железо-углеродистых сплавов произво­дить при необходимых увеличениях

Изучение микроструктуры железо-углеродистых сплавов произво­дить при необходимых увеличениях. Просмотреть шлифы под микроско­пом, выбрать наиболее характерные участки и зарисовать в журнал.

Техническое железо (образец 1)

Структура технического железа с концентрацией углерода 0,012 % (рис. 19) состоит из светлых полиэдрических зёрен феррита и цемен­тита третичного, который расположен в виде светлых включений по границам зёрен феррита.

Феррит является пластичной и мягкой составляющей (НВ 80, d= 40 %). Цементит - твёрдый и хрупкий (НВ 800, d= 0 %). Наличие на границах зёрен прожилок цементита третичного понижа­ет пластичность и вязкость сплава.

В процессе охлаждения из аустенита доэвтектоидных сталей выделяется феррит. Температура, при которой начинает выделяться фер­рит, определяется линией GS (рис. 18).

Выделение феррита приводит к обогащению аустенита углеродом. При 727 °С концентрация углерода в аустените достигает 0,8 %, и в этих условиях имеет мес­то эвтектоидная реакция А_S ® П (Ф_Р + Ц_К).

Таким образом, структура доэвтектоидных сталей при комнатной температуре состоит из феррита, выделившегося в интервале темпе­ратур Аr₃– Аr₁ (линии GS и PS),и перлита, образовавшегося при 727 ^ОС (рис. 20). В структуре образца 2 цементита много больше, чем в образце 1, и это повышает твёрдость стали до НВ170.

Рис. 19. Техническое железо

Рис. 20. Доэвтектоидная сталь (0,45 % С),

образец 2 – феррит и перлит

Рис. 21. Эвтектоидная сталь (1,2 % С),

образец 3 – перлит и цементит

Окончательная структура заэвтектоидной стали формируется из аустенита. При этом в интервале температур A_rст- A_r1, (рис.20, ли­нии SE и SК) из аустенита выделяется цементит вторичный, который, как правило, располагается по границам зёрен. При 727 °С концентра­ция углерода в аустените будет соответствовать точке S и он рас­падается с образованием перлита: А_S ® П (Ф_р+ Ц_К).

Таким образом, структура заэвтектоидной стали при комнатной температуре – перлит и цементит вторичный (рис. 21). Доля цементитной составляющей возросла в сравнении с образцом 2. Теперь цементит не только входит в перлит (эвтектоид), но и твёрдость стали составляет НВ 230.

Чугуны (образцы 4, 5, 6, 7) (рис. 22 -25).

Белый эвтектический чугун кристаллизуется при 1147 °С (рис. 4.I, линия ЕСF) с образованием ледебурита:

Ж _{4,3 % С} ® Л (А _{2,14 % С} + Ц _{6,67% С}).

Охлаждение до 727 °С приводит к уменьшению концентрации угле­рода в аустените до 0,8 %. При 727 ^ОС аустенит превращается в пер­лит.

Таким образом, образец 4 при комнатной температуре имеет стру­ктуру ледебурита, состоящего из перлита и цементита (рис. 22). Основной фазой в белом чугуне является цементит и поэтому белый чугун твёрдый (НВ 650).

Рис. 22. Белый эвтектический чугун (4,3 % С),

образец 4 – ледебурит

Рис. 23. Серый чугун СЧ15, образец 5 - феррит, перлит и графит пластинчатый

Зависимость свойств серых чугунов от структуры значительно сложнее, чем у стали, так как серые чугуны состоят из металличес­кой основы и графитовых включений.

Поэтому для характеристики структуры серого чугуна необходимо определить размеры, форму, распределение графита, а также структу­ру металлической основы.

Чем меньше графитовых включений, тем они мельче и сильнее изо­лированы друг от друга, тем выше прочность чугуна при одной и той же металлической основе.

Структура серого чугуна СЧ 15 (рис. 23).

Металлическая основа состоит из феррита (белая составляющая) и перлита (тёмная составляющая). Графитовые включения в виде тём­ных полос разрезают металлическую основу. Поэтому такой серый чугун имеет низкую прочность при работе на растяжение и практи­чески нулевую пластичность: s_В = 150 МПа, d = 0,5 %. Твёрдость определяется строением металлической основы и соот­ветствует НБ 200.

Высокопрочный чугун, в отличие от серого, имеет включения графита шаровидной формы, а не пластинчатой. Такой чугун имеет более высокие механические свойства. Структура ВЧ 45 состоит из феррита (светлая составляющая), перлита (тёмная сос­тавляющая) и графита шаровидной формы (тёмные округлые включе­ния) (рис. 24). Прочность при растяжении s_В = 450 МПа, относительное уд­линение d = 5 %. Твёрдость определяется металлической основой и соответствует НВ 200.

Ковкий чугун имеет графит хлопьевидной формы. Это обеспечивает хорошие механические свойства. Структура КЧ 35 - 10 состоит из светлых зёрен феррита и хлопьевидного графита (рис. 25).

Рис. 24. Высокопрочный чугун ВЧ45,

образец 6 – феррит, перлит и графит шаровидный

Рис. 25. Ковкий чугун КЧ 35 – 10,

образец 7 - феррит и графит хлопье­видный

Ферритная металлическая основа обеспечивает низкую твёрдость (НВ 120). Прочность чугуна 350 МПа, относительное удлинение d =10 %.

Контрольные вопросы

1. Определение феррита, аустенита, цементита, графита.

2. Что такое техническое железо, сталь, чугун?

3. Каково отличие в структуре чугуна белого от серого, высокопрочного, ковкого?

4. Как получают чугун серый, ковкий, высокопрочный?

5. Как и почему меняется твёрдость сплавов по мере увеличения концентрации углерода?

6. По микрофотографии, предложенной преподавателем, укажите тип сплава (техническое железо, сталь, чугун), структурный и фазовый состав, пределы содержания углерода.

7. По диаграмме железо - цементит опишите процессы, протекающие в сталях и белых чугунах при кристаллизации.

Лабораторная работа № 5

Термическая обработка стали

Цель работы: о знакомиться с практикой выполнения отжига, нор­мализации, закалки и отпуска на примере конструкционной стали 40Х (0,4 % углерода, 1 % хрома). Изучить влияние режимов терми­ческой обработки на твёрдость стали.

Содержание работы

Свойства стали зависят от химического состава и структуры. Термической обработкой, изменяя структуру, можно получить требу­емые свойства конкретной детали.

Различают основные вида термической обработки стали: отжиг, нор­мализацию и закалку.

Любая обработка стали состоит из нагрева, выдержки при темпера­туре нагрева и охлаждения. Нагрев и выдержка необходимы для прев­ращения исходной структуры в однородный аустенит. Охлаждение с различной скоростью от аустенитного состояния приводит к образова­нию различных структур и определяет получение требуемых свойств стали.

Дата добавления: 2014-11-25