Лабораторная работа № 2
ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ
ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДНЫХ СПЛАВОВ
В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ
I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии. Изучение влияния содержания углерода на структуру стали. Освоение методики исследования микроструктуры железоуглеродистых сплавов при помощи
металлографического микроскопа.
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
|
Основой для определения фаз и структурных составляющих железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии является диаграмма состояния железо-углерод (рисунок 2.1)
|
Диаграмма содержит однофазные структуры:
1. феррит - твердый раствор внедрения углерода в 
-железе;
2. аустенит - твердый раствор внедрения углерода в 
-железе;
3. цементит - химическое соединение, отвечающее формуле Fe 
C.
Двухфазными структурами являются:
1. перлит - эвтектоидная смесь частиц феррита и цементита;
2. ледебурит - эвтектическая смесь аустенита и цемента.
По содержанию углерода железоуглеродистые сплавы делят на^
· стали содержание углерода до 2,14%;
· чугуны содержание углерода свыше 2,14%.
По структуре в равновесном состоянии углеродистые стали, условно делят, на группы: техническое железо, доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные стали.
Техническое железо содержит углерода менее 0,02%.
Сплавы с содержанием углерода менее 0,01% являются однофазными сплавами и имеют структуру чистого феррита (рисунок 2.2а, сплав состава I),
Превращение сплава, содержащего углерода более 0,01% но менее 0,02% (рисунок 2.2а, сплав II), отличается тем, что после 
превращения (интервал температур 3-4) при дальнейшем охлаждении сплав пересекает линию PQ в точке 5. При температуре ниже точки 5 происходит выделение углерода из феррита в виде третичного цементита. Этот процесс идет при охлаждении непрерывно пока феррит не обеднится углеродом до 0.01%.
Сплавы, содержащие от 0,01%С до 0,02%С, являются двухфазными сплавами, структура состоит из феррита и третичного цементита по границам зерен (рисунок 2.26, показана схема).
Доэвтектоидные стали содержат углерода от 0,02% до 0,8%. В доэвтектоидных сталях при охлаждении из аустенитной области превращение аустенита начинается с выделения феррита (рисунок 2,3, точка1). Количество феррита и аустенита в интервале температур 1-2 определяется отношением отрезков:
Жв/Ас = bс/ ab
где, количество феррита bс
количество аустенита ab
При достижении сплавом температуры точки 2 состав аустенита примет эвтектоидную концентрацию, при постоянной температуре происходит превращение аустенита в перлит (горизонтальный участок 2-2' на кривой охлаждения сплава I, рисунок 2.3)
|
После окончания превращения структура доэвтектоидной стали состоит из феррита и перлита (рисунок 2.4а): феррит в виде светлой составляющей, а перлит - темной. 
Чем больше углерода в стали, тем больше в ее структуре перлита. По микроструктуре можно определить содержание углерода в доэвтектоидной стали.
|
Рис.Ь.л.
Принимая феррит за чистое железо, можно считать, что весь углевод в доэвтектоидных сталях находится в перлите.
Например, если 60% всей площади рассматриваемого под микроскопом шлифа занято перлитом и 40% - ферритом, количество углерода в стали определятся расчетом;
100% перлита содержат 0,8%С
60% перлита содержат х%С
X=(60 х 0.8) /100 = 0.48%
При более точном расчете содержания углерода, особенно в малоуглеродистых сталях, необходимо учитывать углерод и в феррите:
100% феррита содержит 0.02%С
40% феррита содержит х1 %C
X1=(40 х 0.02)/100=0.008%C
Содержание углерода в стали равно X + X1= 0,488%C
Эвтектоидная сталь содержит углерода 0,8% и имеет структуру перлита (рисунок 2.46). На рисунке 2.3 эвтектоидной концентрации соответствует сплав II. При охлаждении аустенита до температуры точки 3 начинается превращение аустенита в перлит, которое происходит при постоянной температуре (горизонтальный участок 3-3’ на кривой охлаждения сплава II).
Заэвтектоидные стали содержат углерода от 0.8% до 2,14%.
Превращение аустенита в них начинается на линии ЕS (рисунок 2.3, точка 4), когда из аустенита начинает выделяться вторичный цементит. При температуре точки 5 (рисунок 2.3) начинается образование перлита, которое происходит при постоянной температуре (рисунок 2.3, горизонтальный участок 5-5' на кривой охлаждения сплава III). По окончании перекристаллизации структура заэвтектоидных сталей состоит из зерен перлита и сетки вторичного цементита по границам зерен.
На рисунке 2.4 в показана схема структуры заэвтектоидной стали, где сетка вторичного цементит светлого цвета, а перлит имеет вид темной составляющей.
Содержание углерода в заэвтектоидной стали можно определить, оценив на глаз под микроскопом или по микрофотографии площадь, занятую перлитом и вторичным цементитом.
Например, если в структуре заэвтектоидной стали 95% перлита и 5% вторичного цементита, содержание углерода рассчитывается:
100% перлита содержат 0.8 %С
95% перлита содержат X1 %C
X1=(95 х 0.8)/100 = 0.76%C
100% цементита содержат 6.67%С
5% цементита содержат Х2 %С
Х2=(5 х 6.7)/100 = 0.3%С
Содержание углерода в стали равно Х = X 
+X 
=1.09%