Отчет
о выполнении лабораторной работы №2
Микроструктура углеродистых сталей и чугунов
Выполнил: Шагалов В.С
Группа: 19-КСУ-3
Проверил: Горшунов М.Г
Нижний Новгород, 2020 г.
Выполнение
Название: Микроструктура углеродистых сталей и чугунов
Цель работы:
1. Изучить микроструктуру углеродистых сталей и чугунов по готовой коллекции микрошлифов.
2. Познакомиться с методикой приготовления микрошлифов, устройством и принципом работы микроскопов.
Приборы и оборудование: Металлографические микроскопы, коллекции микрошлифов, фотоснимки микроструктур и др.
Краткие сведения из теории:
Микроскопический анализ - исследование внутреннего строения металлов и сплавов с помощью оптических или электронных микроскопов при увеличениях от 100 до 1000 и более раз. Методом микроскопического анализа изучают структуру и фазовый состав сплава, форму и размеры кристаллических зерен, выявляют микродефекты (крупнозернистость, неметаллические включения и др.), невидимые невооруженным глазом.
Основой сталей и чугунов является железо, которое при нагреве или охлаждении испытывает полиморфные (аллотропические) превращения, заключающиеся в изменении типа кристаллической решетки:
Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
В структуре железоуглеродистых сплавов различают фазы и структурные составляющие.
Фаза - однородная обособленная часть сплава, имеющая границу раздела, свой тип кристаллической решетки и уровень механических свойств.
В железоуглеродистых сплавах содержатся следующие фазы:
-жидкий сплав;
-феррит - твердый раствор углерода в -Fe с объемноцентрированной кубической (ОЦК) решеткой;
-аустенит - твердый раствор углерода в γ-Fe с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой;
-цементит - карбид железа Fe3C с ромбической плотноупакованной решеткой, отличающийся высокой твердостью (~800 НВ) и хрупкостью;
- графит - полиморфная модификация кристаллов углерода с гексагональной решеткой. Другой кристаллической модификацией атомом углерода служит алмаз со сложной кубической решеткой.
Структурная составляющая - единообразная часть структуры, которая может быть простой, например, в виде свободного феррита (не входящего в перлит) в доэвтектоидной стали и сложной - в виде перлита или ледебурита.
Диаграмма состояния Fe-Fe3C показывает равновесную структуру сталей и белых чугунов в зависимости от температуры и концентрации элементов
Рис. 2.1. Диаграмма состояния Fe-F3C
Описание отдельных линий диаграммы Fe-Fe3C
Линия ABCD – ликвидус показывает температуру начала кристаллизации и изменение содержания углерода в жидкой фазе.
Линия AHJEF – солидус показывает температуру окончания кристаллизации и изменение содержания углерода в аустените (JE).
Линия ES показывает изменение растворимости углерода в аустените в интервале температур 1147-727ОС.
Линия GPQ показывает изменение содержания углерода в феррите.
Перлит
Перлит (П) - механическая смесь пластинчатых кристаллов феррита (Ф) и цементита (Ц), которая образуется при температуре 727ОС из кристаллов аустенита (А), содержащих 0,8% углерода, по реакции эвтектоидного превращения (линия PSK):
Ледебурит:
Ледебурит (Л) - механическая смесь кристаллов аустенита (А) и цементита (Ц), которая образуется при температуре 1147ОС из жидкого сплава, содержащего 4,3% углерода, по реакции эвтектического превращения (линия ECF):
На линии PSK (см. рис 2.1) аустенит, содержащийся в ледебурите, претерпевает эвтектоидное А↔П(Ф+Ц) превращение, вследствие чего ледебурит ниже этой линии представляет собой смесь перлита и цементита. Такой ледебурит называется перлитным – ЛП(П+Ц) в отличие от аустенитного ледебурита - ЛА(А+Ц), образующегося при эвтектическом превращении.
Перитектическое превращение
Линия HJB – линия перитектического превращения, которое протекает при 1492ОС по реакции:
В процессе перитектического превращения жидкий сплав L состава точки В (С=0,51%) взаимодействует с кристаллами -феррита (-Ф) точки Н (С=0,10%) с образованием кристаллов аустенита (А) состава точки J (С=0,16%). Перитектическое превращение протекает полностью в сплаве с содержанием С=0,16%. Сплавы с С=0,10 – 0,16%, будут иметь в избытке феррит, а сплавы с С=0,16 – 0,51% - жидкий сплав.
Железоуглеродистые сплавы, содержащие углерода 0,02-2,14%, называются сталями, свыше - чугунами; а сплавы с менее 0,02% С - техническим железом.
Перегрев стали характеризуется крупным зерном, которое образуется в случаях высокотемпературного нагрева при горячей деформации или термической обработке. Крупнозернистая структура хрупкая, особенно при действии ударной нагрузки. Перегрев устраняют термической обработкой (отжигом, нормализацией).
Обезуглероживание – выгорание углерода из поверхностных слоев при нагреве деталей в печах с окислительной атмосферой, что приводит к увеличению ферритной составляющей в структуре стали и, как следствие, к снижению прочности. Дефект предотвращается путем применения нагрева в защитных атмосферах.
Неметаллические включения. Сера, фосфор, азот, кислород присутствуют в стали в виде хрупких неметаллических включений - сульфидов, нитридов, оксидов, которые, являясь концентраторами напряжений, повышают хрупкость.
Белые чугуны
В белых чугунах, получаемых на основе метастабильной диаграммы
Fe-Fe3C, весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида Fe3C, и они содержат ледебурит, который является их структурным признаком.
Белые чугуны подразделяются на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические.
Структура белого чугуна состоит: доэвтектического - из перлита, цементита вторичного и ледебурита; эвтектического - из ледебурита; заэвтектического – из ледебурита и цементита первичного.