Мікроаналіз залізовуглецевих сплавів

1 2 3 4 5 6 7

МЕТА РОБОТИ:

ознайомитися з методикою проведення мікроскопічного аналізу;

оволодіти методикою мікроаналізу вуглецевих сталей;

ЗАВДАННЯ:

вивчити устрій та роботу металографічного мікроскопа;

розглянути під мікроскопом, намалювати та описати мікроструктури вуглецевих сталей;

описати властивості та застосування марок сталей, що вивчаються.

ОБЛАДНАННЯ:

металографічний мікроскоп МІМ-7;

мікрошліфи доевтектоїдної, евтектоїдної та заевтектоїдної сталей.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ

3.1 Макроскопічний аналіз

При макроскопічному аналізу будову металевого сплаву досліджують неозброєним оком або за допомогою лупи. Зазвичай він є попереднім видом дослідження.

Макробудову сплаву вивчають на зразках або деталях, в зламі або на заздалегідь підготовленій поверхні, що полягає в шліфуванні і травленні. Такий зразок називають макрошліфом. Макроаналіз знаходить широке застосування в промисловості, так як дає можливість виявляти раковини, шлакові включення, тріщини й інші дефекти будови сплаву, хімічну та структурну неоднорідність.

3.2 Мікроскопічний аналіз

Мікроскопічний аналіз (мікроаналіз) застосовують для: визначення форми та розмірів зерен, з яких складається метал чи сплав; виявлення змін внутрішньої будови сплаву, які відбуваються під впливом різних режимів обробки; виявлення мікродефектів металу, мікротріщин, раковин, виявлення неметалевих включень.

Підготовленим для дослідження під мікроскопом зразок має назву мікрошліф.

Для мікроаналізу із матеріалу, який досліджують, вирізують зразок. поверхню якого піддають шліфуванню, поліруванню, травленню а потім розглядають у металографічний мікроскоп.

Шліфування поверхні вручну або на спеціальних шліфувальних верстатах починають на шкурці з найбільш великим абразивним зерном, а потім поступово переходить до шліфування на шкурці з більш дрібним абразивним зерном, потім поверхню зразка полірують.

Полірування відбувається на спеціальних полірувальних верстатах на обертальному крузі, обтягнутим сукном, яке змочується полірувальною рідиною - водою з частками окису хрому та алюмінію. Поверхня зразка отримує вигляд блискучого дзеркала. Але отримана поверхня не дає змоги робити висновки о будові металу (сплаву); тільки неметалеві включення та мікро дефекти можна виявити на ясному фоні полірованого мікрошліфу.

Для виявлення мікроструктури поліровані поверхні зразка піддають травленню, тобто дії розчинів кислот, лугів, солей. Різні складники структури розчиняються з різною швидкістю і тому одні витравляються більш. а інші менше.

При освітленні протравленого мікрошліфа на мікроскопі проміні світла по різному відбиваються від різно протравлених структурних складників. Місця. які протравленні сильніше, більше розсіюють лучи, тому у об’єктиві мікроскопа вони більш темними, а які протравлені слабше виглядають як світлі.

Для дослідження структури металів та сплавів застосовують мікроскопи відображення світла, які називають металографічними.

Оптична схема металографічного мікроскопа показана на рисунку 5. Лучи від освітлювача (електрична лампочка) 1, зломлені призмою 2 проходять через об'єктив 3, відбиваються від мікрошліфа 4, знову проходять через об'єктив 3, у результаті чого отримуємо збільшене зображення, заломлюється призмою 5 і через окуляр 6 потрапляють у око спостерігача. Таким чином. зображення два рази збільшується. Загальне збільшення представляє собою добуток збільшення об'єктива на збільшення окуляру. Мікроскопи дають збільшення до 1500-2000 разів.

1 – освітлювач, 2 – призма, 3 – об’єктив, 4 – мікрошліф, 5 – призма, 6 - окуляр.

Рисунок 5 - Оптична схема мікроскопа

3.3 Мікроаналіз сталей у врівноваженому стані

Під врівноваженим станом сплаву розуміють стан, при якому перетворення у сплаві повністю закінчились згідно з діаграмою стану (рисунок 6).

Рисунок 6 - Сталева частина діаграми стану Fe-Fe₃C

Основними структурними складниками вуглецевих сталей у врівноваженому стані є ферит, цементит та перліт.

Ферит (Ф) – це однорідна структура, состав якої представляє собою твердий розчин вуглецю в α залізі. Ферит має низьку твердість (130НВ) та міцність (σ_в=300 Мпа) та високу пластичність (δ=30%).

Цементит (Ц) – це однорідна структура, яка являє собою хімічне з’єднання заліза з вуглецем – карбід Fe₃C, який утримує 6,67% вуглецю. Цементит володіє високою твердістю (800НВ) та крихкістю (δ=0%). У вуглецевих сталях при мікроскопічному дослідженні виявляється більше за все у вигляді пластинок або сіток.

Перліт (П) – це двохфазна структура, результат евтектоїдного перетворення аустеніту при t=727С. Являє собою механічну суміш фериту та цементиту. Механічні властивості перліту значною мірою залежать від форми та розмірів включень цементиту. Твердість перліту 180-250НВ.

В залежності від кількості вуглецю і відповідно до структурних складових (Ф, Ц або П) сталі поділяють на три групи.

Доевтектоїдні сталі – містять до 0,8% вуглецю і мають (при С>0,2%) структуру ферит і перліт (рисунок 7).

а) б)

Рисунок 7 – Мікроструктура (а) і схема (б) доевтектоїдної сталі.

Евтектоїдна сталь містить 0,8% вуглецю і має структуру перліт (рисунок 8)

а) б)

Рисунок 8 – Мікроструктура (а) і схема (б) евтектоїдної сталі

Заевтектоїдні сталі містять від 0,8% до 2,14% вуглецю і мають структуру перліт і цементит (рисунок 9).

а) б)

Рисунок 9 – Мікроструктура (а) і схема (б) заевтектоїдної сталі

Результати досліджень занести у протокол

Протокол №1 - Мікроаналіз вуглецевих сталей

№	Найменування сталі	Марка сталі	С, %	Критичні точки	Схема мікроструктури та її описання	Приклади використання

4 Визначення кількісного складу сталей

Користуючись діаграмою стану можна для будь-якого сплаву при будь-якій температурі визначити не тільки число фаз, але і їх склад і кількісне співвідношення. Для цього використовується правило відрізків: кількість даної складової дорівнює відношенню відрізка, прилеглого до протилежної сторони до всього відрізку.

, або ,