Изучение микроструктуры железоуглеродистых сплавов (стали)

Лабораторная работа №3

Цель работы:

1. Изучить микроструктуры технического железа, углероди­стых сталей в равновесном состоянии.

2. Схематически зарисовать и описать изучаемые микроструктуры.

3. Разобрать микроструктуры по диаграмме состояния же­лезо—цементит.

4. Составить отчет о работе.

Краткие теоретические сведения:

Микроструктура технического железа и углеродистых сталей для равновесных условий характеризуется нижней левой частью диаграммы состояния железо-цементит (рис. 1).

Сплавы с содержанием до 0,02% С называются техническим железом, от 0,02 до 0,8% С — доэвтектоидными сталями и от 0,8 до 2,14% С — заэвтектоидными сталями. Сплав с содержанием

0,8% С называется эвтектоидной сталью.

Микроструктура технического же­леза. Растворимость углерода в α-железе переменная (см. линию PQ на диаграмме железо — цементит). С понижением температуры раство­римость углерода в α-железе пони­жается. При 727° С в α-железе растворяется 0,02% С, а при комнат­ной температуре 0,006% С. Поэтому сплавы железа с содержанием до 0,006% С имеют структуру только твердого раствора углерода в α-же­лезе, т. е. феррита. На рис.2 дана микроструктура феррита. В сплавах с содержанием от 0,006 до 0,02% С в связи с пони­жением растворимости углерода в α-железе при понижении тем­пературы из феррита выделяется це­ментит, называемый третичным. Тре­тичный цементит выделяется по границам зерен феррита (рис. 3).

Рис. 1. Нижняя часть диа­граммы состояния железо — цементит

Рис. 2. Железо — феррит (х 200)	Рис. 3. Сталь с 0,015% С — феррит и третичный цементит (х500)

Микроструктура доэвтектоидной и эвтектоидной стали. Микро­структура доэвтектоидной стали (до 0,8% С) состоит из феррита и перлита. Микроструктура эвтектоидной стали (0,8% С) состоит из одного перлита. Микроструктура феррита дана на рис. 2. Что же представляет собой вторая структурная составляющая доэвтектоидных сталей — перлит?

.

Рис. 4. Эвтектоидная сталь с 0,8% С — перлит (х1000)

На рис. 4 дана микроструктура перлита. Перлит — это эвтектоид — механическая смесь феррита и цементита, получаю­щаяся в результате распада аустенита с 0,8% С. При травлении шлифа стали с 0,8% С, т. е. эвтектоидной стали, поверхность имеет перламутровый отлив, в связи с чем такую структуру и назвали перлитом. На микроструктуре перлита общий светлый фон — феррит, выступающие пластины— цементит, темные места — тени. В зависимости от скорости ох­лаждения пластины цементита в перлите могут быть длиннее или короче и толще или тоньше.

В доэвтектоидной стали после травления феррит выявляется в виде светлых полей, а перлит — в виде полей полосчатого строе­ния, более темных, чем феррит. Количество перлита и феррита в доэвтектоидной стали зависит от содержания углерода. С увеличением содержания углерода количество феррита уменьшается, а количество перлита увеличи­вается (рис. 5).

По микроструктуре доэвтектоидной стали можно приблизи­тельно определить содержание в ней углерода, для чего по микро­структуре нужно ориентировочно определить площадь (в процен­тах), занимаемую ферритом и перлитом.В связи с тем, что в феррите растворено очень небольшое коли­чество углерода, практически можно считать, что в доэвтектоид­ной стали весь углерод находится в перлите.

Рис. 6. Доэвтектоидные ста­ли — феррит и перлит (х500):

а — 20% перлита; б — 40% пер­лита; в — 70% перлита

Тогда содержание углерода С в стали можно определить по формуле

где F_n — площадь, занимаемая перлитом, в %.

Предположим, например, что 30% всей площади занято фер­ритом, 70% — перлитом. Содержание углерода в такой стали будет

Микроструктура заэвтектоидной стали. Сталь с содержанием углерода от 0,8 до 2,14% называется заэвтектоидной и имеет структуру, состоящую из перлита и вторичного цементита. Вто­ричный цементит выделяется из аустенита при охлаждении от температуры А_ст (линия SE) до температуры Аr₁ (линия PSK) (см. рис.1) вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените.

При медленном охлаждении вторичный цементит выделяется в виде сетки по границам зерен аустенита. При достижении темпе­ратуры Аr₁ аустенит превращается в перлит. В результате мед­ленного охлаждения заэвтектоидная сталь имеет структуру

Рис. 7. Заэвтектоидная сталь с 1,2% С — перлит и цементит (х500)

Чем больше углерода в заэвтектоидной стали, тем более мас­сивной (толстой) получается цементитная сетка.

ОТЧЕТ

1. Просмотреть и изучить микроструктуры технического железа и углеродистых сталей с различным содержанием углерода в равновесном состоянии.

2. Каждую микроструктуру зарисовать.

3. Под каждой зарисованной микроструктурой дать подпись с указанием наименования сплава, его химического состава, наименования структуры и увеличения.

4. На каждой зарисованной микро­структуре указать стрелками различные фазы и структурные составляющие и около стрелок, на полях, написать их наименование.

5. Изобразить диаграмму состояния железо—цементит, провести на ней верти­кальные линии, соответствующие рассма­триваемым сплавам, и дать описание процессов превращений, происходящих при охлаждении.

Контрольные вопросы:

1.Какие сплавы называются техническим железом?

2.Что представляют собой доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные стали?

3.Дайте характеристику структурной составляющей- перлит

4.Как изменяется структура стали при увеличении в ней количества углерода?

5.Что такое третичный цементит?

6.По зарисованным структурам опишите микроструктуру доэвтектоидной стали

7. По зарисованным структурам опишите микроструктуру эвтектоидной стали

8. По зарисованным структурам опишите микроструктуру заэвтектоидной стали

Литература:

1.Геллер Ю.А.,Рахштадт А.Г. Материаловедение, М., Металургия.1980. 447с.

2.Лахтин Ю.М.,Леонтьев В.П.Материаловедение,.М.,Машиностроение,1980,405с

3.Самохоцкий А.И., Кунявский М.Н. Лабораторные работы по металловедению и термической обработке металлов.М.Машиностроение, 1981, 173с.

4.Паисов И.В. Пособие к лабораторным работам по материаловедению и термический обработки металлов,М.,Металлургия, 1968, 95с.