Карбидная неоднородность имеет место в заэвтектоидных и ледебуритных инструментальных сталях. В заэвтектоидных инструментальных сталях избыточные карбиды выделяются из аустенита в объеме зерен и по их границам в интервале Аст-А1 в результате уменьшения растворимости углерода.
При последующей горячей пластической деформации неравномерность распределения карбидов в значительной мере устраняется и при этом тем больше, чем выше степень деформации.
Достигаемое улучшение этого распределения зависит от химического состава стали. При повышенном содержании (более 1%) вольфрама, молибдена и хрома неоднородность в распределении карбидов выше.
Неоднородность в распределении карбидов характеризуется шестибалльной шкалой по ГОСТ 5950. Баллы 1,2 соответствуют равномерному распределению карбидов, баллы 4-6 - наличию разорванной или замкнутой карбидной сетки.
С повышением балла карбидной неоднородности существенно снижаются механические свойства.
В ледебуритных инструментальных сталях избыточные карбиды входят в состав эвтектики, образующейся по границам зерен аустенита или δ-феррита.
Литая сталь из-за присутствия эвтектики имеет высокую хрупкость и низкую прочность. Существенное улучшение структуры и прочностных свойств достигается после горячей деформации с обжатием выше 90%. Форма, расположение и распределение эвтектических карбидов характеризуются баллом карбидной неоднородности.
Для вольфрамовых и вольфрамомолибденовых быстрорежущих сталей существуют две восьмибалльные шкалы (ГОСТ 1965), определяющие карбидную неоднородность. Для высокохромистых ледебуритных сталей (ГОСТ 5950) имеется 10-балльная шкала, близкая для баллов 2-9 к шкале карбидной неоднородности вольфрамовых быстрорежущих сталей.
Карбидная неоднородность оказывает существенное влияние на прочностные свойства деформированной стали после закалки и отпуска. По мере увеличения балла карбидной неоднородности прочностные свойства ухудшаются. Это приводит к снижению стойкости инструмента в результате выкрашивания режущей кромки или его поломки.
Порядок выполнения лабораторной работы №1
При выполнении данной работы студент должен:
3.1. Исследовать и схематично зарисовать макроструктуру изломов образцов из стали, чугуна и цветных сплавов (хрупкого, вязкого, усталостного). Описать особенности. Исследование проводить визуально, а также с использованием лупы и микроскопа МБС.
3.2. Получить разрушенную деталь и по виду излома выявить Причины разрушения, дать краткое описание характера разрушения и зарисовать.
3.3. Просмотреть макрошлифы, имеющиеся в лаборатории, а также альбом макроструктур. Провести анализ макроструктур, при этом, проанализировать, зарисовать и описать; строение стального слитка, макроструктуру изделий из деформированных металлов; макроструктуру сварных швов; деталей после химико-термической обработки и т.д. Обратить внимание на характер течения металла при обработке давлением, распределение зерен при литье, характер дефектов и т.д.
3.4. На стальных образцах, предназначенных для выявления ликвации серы по методу Баумана, получить серный отпечаток. Рассмотреть полученный отпечаток и дать оценку характера распределения серы в образце. Места скопления серы на фотобумаге будут окрашены в темно-коричневый цвет.
3.5. Освоить работу на металлографическом микроскопе и зарисовать схему хода лучей в микроскопе.
3.6. Изучить макроструктуру образцов стали и чугуна до травления и после травления. Просмотр образцов осуществляется в следующей последовательности:
3.6.1. Установить микрошлиф полированной поверхностью вниз на предметный столик над объективом.
3.6.2. Наблюдая в окуляр вращением макрометрического винта, произвести грубую наводку на фокус.
3.6.3. Наблюдая в окуляр вращением микрометрического винта, произвести точную наводку на фокус.
3.6.4. Наблюдая в окуляр при помощи винтов предметного столика, передвигая его, просмотреть структуру в разных местах шлифа.
3.6.5. Схематически зарисовать в квадрате 30х30 мм выбранное место микрошлифа до и после травления. Описать видимые под микроскопом элементы микроструктуры (фазовые и структурные составляющие, неметаллические включения к т.д.)
3.7. Обсудить полученные результаты металлографического анализа. При обсуждении уделить внимание возможностям макро- и микроанализа, провести связь макро- и микроструктуры о основными свойствами металлов.
Содержание отчета по лабораторной работе №1
4.1. Цель работы.
4.2. Краткие сведения о металлографическом анализе.
4.3. Материальное оснащение.
4.4. Методика работы.
4.5. Результаты работы и их обсуждение.
4.6. Выводы.
4.7. Список литературы.
5. Контрольные вопросы к лабораторной работе №1
5.1. Что такое структура (макроструктура, микроструктура, структурные и фазовые составляющие)?
5.2. Цель макроанализа. Виды макроанализа и какими способами изучают макроструктуру.
5.3. Как производят контроль макроструктуры по виду излома образца? (виды излома и характер разрушения). Возможности макроанализа по виду излома. Какие дефекты можно обнаружить при анализе изломов.
5.4. Как проводят макроанализ по виду макрошлифа (отбор и подготовка образца, способы травления, реактивы).
5.5. Возможности макроанализа по виду макрошлифа (виды дефектов и их оценка по шкалам в соответствии с ГОСТ; химическая неоднородность; строение металла после холодной или горячей обработки давлением, строение металла в литом состоянии, структурная неоднородность и т.п.).
5.6. Что такое микроструктурный анализ и на каком оборудования он осуществляется (оптические и электронные микроскопы)? Возможности оптической и электронной микроскопии.
5.7. Как осуществляется приготовление и травление микрошлифов. Принцип формирования изображения в микроскопе до и после травления.
5.8. Ход лучей в микроскопе и как выбрать увеличение микроскопа.
5.9. Возможности микроанализа (определение неметаллических включений; выявление зерна в стали, выявление и оценка карбидной неоднородности, выявление и анализ структурных и фазовых составляющих и т.п.).
5.10. Связь между макро- и микроструктурой и свойствами металлов и сплавов (влияние металлургических -дефектов, размера зерна, неметаллических включений, карбидной неоднородности и т.п. на механические и технологические свойства).