ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение микроструктуры углеродистых сталей и чугунов в отожженном состоянии.
ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРЕАЛЫ:
1. Микроскоп металлографический.
2. Микрошлифы отожженных углеродистых сталей и чугунов.
ВВЕДЕНИЕ
Углеродистая сталь в основе представляет сплав железа с углеродом (не считая примесей) и её структура зависит от содержания углерода. В стали углерод находится в связанном стоянии в виде цементита Fe3C. Сплавы с содержанием углерода до 2,14% относятся к сталям, с содержанием более 2,14% - к чугунам.
По содержанию углерода углеродистые стали делятся три тапа:
1. Доэвтектоидные стали, С = 0-0,79%
2. Эвтектоидные стали, С = 0,80%
3. Заэвтектоидные стали, С = 0,81-2,14%.
I. Стали доэвтектоидные.
а) техническое железо
Сталь с содержанием углерода до 0,02% называется техническим железом, при сравнительно небольших увеличениях и содержании углерода до 0,01% видны светлые зёрна феррита и тёмная сетка границ зёрен. В сплавах с содержанием углерода до 0,01 до 0,02% по границам может наблюдаться третичный цемент.
б) стали с содержанием углерода от 0,02% до 0,79%.
Микроструктура стали состоит из феррита и перлита. При травлении доэвтектоидной стали 4%-ным раствором азотной кислоты в спирте феррит выявляются в виде светлых включений, а перлит - в виде более тёмных полосчатых полей. Это объясняется тем, что перлит состоит из чередующихся пластин цементита и феррита, и скорость растворения их различна. Свет, падающий на перлит, даёт тени от цементитных пластин на ферритные и получается более темное поле. При больших увеличениях можно различить отдельные пластинки феррита и цементита.
Количество перлита в стали зависит от содержания углерода - чем больше углерода, тем больше перлита и меньше феррита.
2. Эвтектоидные стали.
Эта сталь соответствует 0,80 % С и структура стали называется перлитом. Перлит - это эвтектоид, т.е. смесь феррита и цементита. Если цементит в эвтектоидной стали существует в виде округлых включений (зерен), то перлит называется зернистым.
3. Стали заэвтектоидые.
Содержание углерода в сталях заэвтектоидных более 0,80%, но менее 2,1%. Практически содержание углерода в промышленных углеродистых сталях не превышает 1,5%.
Структура углеродистой заэвтектоидной стали состоит из перлита и вторичного цементита. Цементит может иметь различную форму, расположение и размеры может быть в виде цементитной сетки и в виде раздробленных включений.
Цементитная сетка стильно охрупчивает сталь. Зернистый цементит в заэвтектоидной стали способствует получению более высоких механических свойств. На вид цементита влияют режимы термической обработки, форма зависит от температуры нагрева и размер от температуры превращения аустенита в перлит.
Чугуны представляют сплавы железа и углерода и отличаются от сталей более высоким содержанием углерода. Область чугунов по содержанию углерода находится в пределах от 2,14% до 6,67 % С.
Классифицировать чугуны можно по различным признакам: по содержанию углерода, по состоянию углерода в чугуне, по наличию примесей, легирующих элементов и т.п.
Классификация по содержанию углерода:
1 Доэвтектический чугун. Содержание углерода от 2,14 до 4,3 %.
2. Эвтектический чугун. Содержание углерода 4,3%.
3. Заэвтектический чугун. Содержание углерода более 4,3 до 6,67 %.
Классификация по состоянию углерода:
1. Белые чугуны. Углерод находится в связанном состоянии в виде цементита Fe2C. Белым чугуном может быть доэвтектический, эвтектический, заэвтектический.
а) Доэвтектический белый чугун: структура состоит из ледебурита и перлита. Перлит часто наблюдается в виде темных включений.
б) эвтектический чугун. Структура представляет смесь перлита и первичного цементита – ледебурита. Образование ее можно представить следующим образом. При кристаллизации из жидкого состояния сплава эвтектической концентрации образуется эвтектика, состоящая из цементита и аустенита. Аустенит при охлаждении превращается в перлит. В результате получается смесь перлита и цементита.
в) Заэвтектический белый чугун.
Наблюдается ледебуритная эвтектика на фоне которой видны стреловидные включения первичного цементита.
2. Серые чугуны. Углерод встречается в структуре в свободном и связанном состоянии. Углерод в свободном состоянии в структуре представляется в виде графита, который может иметь форму пластинок, хлопьев и округлых включений. Количественное соотношение цементита, графита, их форма, металлическая основа может быть различна, поэтому выделяют определенные типы серых чугунов
а) Перлитный чугун, перлитная основа, в которой находится включения графита удлиненной, пластинчатой формы. В таких чугунах в связанном виде находится приблизительно 0,8% углерода, остальная часть его в свободном состоянии в виде графита.
б) Перлитно-ферритный чугун. Основа перлитно-ферритная в нее включены пластинки графита. Содержание связанного углерода меньше 0,8% и зависит от количества перлита в структуре.
в ) Половинчатый чугун.
В структуре половинчатых чугунов наряду с перлитом ферритом, графитом, цементитом наблюдаются включения ледебурита.
г) Ферритный чугун.
Основа ферритная, в которой расположены включения графита, в таких чугунах нет углерода в связанном виде.
Классификация по форме графита
I. Ковкий чугун
Графит имеет обычно хлопьевидную форму или собран в отдельные скопления округлой формы. Основа ковкого чугуна может быть перлитной, перлито-ферритной или чисто ферритной.
2. Чугун с шаровидным графитом (высокопрочный). Графит имеет округлые включения. В зависимости от процесса разложения цементита основа может быть различной (например: феррит, перлит, графит).