Практическая работа № 2

Тема: Изучение микроструктуры углеродистых сталей в равновесном состоянии

Цель работы: изучить строение и свойства углеродистых сталей, усвоить методику определения содержания углерода по микроструктуре материала.

Порядок выполнения работы

1. Изучить теоретические сведения.

2. В тетради для практических работ письменно ответить на контрольные вопросы.

Теоретическая часть

Основой для изучения структуры углеродистых сталей в состоянии равновесия является диаграмма железо-углерод (рис. 2.1). Основными структурними элементами стали является феррит, аустенит, цементит и перлит, а условия создания тех. Или иных структур структур при изменении температуры определяют именно по диаграмме.

Феррит – твердый раствор внедренного углерода в железо, который имеет ОЦК решетку (Fe_α). При комнатной температуре его можно считать технически чистым жнлнзом, т.к. углерод почти не растворяется в железе. Под мікроскопом имеет вид м’яких пласттичных светлых зерен с темними границами.

Аустенит - твердый раствор внедрения углерода в железо с ГЦК решеткой (Feγ). Максимальная растворимость углерода в Feγ составляет 2,14% при температуре +1147 ° С.

С пониженим температуры растворимость падает и составляет 0,8% при 727 ° С. Под микроскопом имеет вид светлых зерен с характерными двойными линиями; он тверже феррита, однако также пластичный.

Цементит - карбид железа Fe3C с содержанием углерода 6,67%. Он хрупкий, имеет высокую твердость, бывает первичный (кристаллизуется из жидкого расплава), вторичный (выпадает из аустенита) и третичный (выпадает из феррита). Под микроскопом имеет вид светлых лент, игл, зерен или сетки.

Перлит - эвтектоидная смесь феррита и цементита, которая содержит 0,8% углерода и образуется в процессе распада аустенита при 727 ° С. В зависимости от формы цементита перлит может иметь пластинчатое или зернистое строение, причем твердость увеличивается при увеличении дисперсности. Под микроскопом зерна пластинчатого перлита имеют серый цвет.

Рис. 2.1. Диаграмма сосотяяния Fe – C.

Содержание углерода на диаграмме Fe - C ограничивается 6,67%, поскольку при такой концентрации образуется цементит Fe3C, который является компонентом данной диаграммы. При температуре 1539 ° С плавится чистое железо, при температуре 1500 ° С - цементит, а точки N (тысяча триста девяносто две ° С) и G (1539 ° С) - полиморфные превращения α-железа в γ-железо и наоборот.

Линия ликвидуса - линия ABCD на диаграмме, над которой материал находится в жидкой фазе. Физические процессы, соответствующие участкам линии ликвидуса:

- линия АВ указывает температуры кристаллизации δ-феррита из жидкого сплава;

- линия ВС указывает температуры кристаллизации аустенита из жидкого сплава;

- линия CD указывает температуры кристаллизации первичного цементита из жидкого сплава;

- линия солидуса - линия AНИЕСF на диаграмме, под которой материал находится в твердой фазе. Физические процессы, соответствующие участкам линии солидуса:

- линия АН является температурной границей области жидкого сплава и кристаллов δ-феррита;

- линия ECF кристаллизация из жидкой фазы ледебурита - эвтектики.

В системе Fe - C имеют место две большие группы сплавов черных металлов: стали (содержание углерода до 2,14%) и чугуны.

Сталь, содержащая 0,8% углерода называтся эвтектоидной (рис. 2.2, в), менее 0,8% углерода - доэвтектоидной (рис. 2.2, б), от 0,8 до 2,14% углерода - заэвтектоидной (рис. 2.2, г). Точка S - эвтектоидная точка.

Рис. 2.2. Микроструктуры сталей с различным содержанием углерода: а) - аустенит, б) - доэвтектоидных, в) - эвтектоидная (перлитна), г) - заэвтектоидные.

По микроструктуре с достаточной точностью можно определить содержание углерода в углеродных сталях, которые находятся в уравновешенного состоянии. С достаточной степенью точности можно считать, что углерод не растворим в феррите, поэтому весь он находится в перлите. Значит по соотношению данных структурных элементов можно определить содержание углерода для доэвтектоидных сталях по формуле

(2.1)

де п – площа, зайнята перлитом, в процентах от общей площади зрения.

Для определения содержания отдельных структурных составляющих в стали можно воспользоваться методом длин. Суть метода заключается в том, что площадь отдельной структурной группы пропорциональна суммарной длине хорд хи отпечатков данной структурной составляющей на базовой прямой длины l, проведенной в видимой области микроструктуры.

(2.2)