Опыт №2. Определение доли углерода в стали и марки стали по ее структуре

Поскольку плотности структурных составляющих сталей близки, то соотношение их массовых долей можно заменить соотношением занимаемых ими площадей.

Доэвтектоидные стали, содержат от 0,15 до 0,8% углерода. Структура доэвтектоидных сталей состоит из феррита и перлита. С увеличением содержания углерода количество феррита уменьшается, а перлита увеличивается.
Количество феррита и перлита можно определить по диаграмме пользуясь правилом отрезков, так как отрезки, соответствующие отдельным структурным составляющим, пропорциональны площадям этих составляющих на микрошлифе. Если сталь имеет состав 0,8% углерода, то структура – один перлит, так как 100% площади занято перлитом. Если часть площади занята ферритом (например, 40%), то можно составить пропорцию для определения процента содержания углерода:

100% пл. – 0,8%С Х= 40% пл. – Х% С

Согласно количеству углерода определяется марка стали. Структуры доэвтектоидных сталей показаны на рис.4.:

В доэвтектоидных сталях массовая доля углерода определяется по формуле:

(1)

где F_n – площадь поля зрения микроскопа, занимаемая перлитом, %;
0,8 – % С в перлите.

Рассчитав массовую долю углерода заданной доэвтектоидной стали по формуле (1), можно по табл.1 определить марку этой стали.

Например площадь поля зрения микроскопа, занимаемая перлитом 15, то углерода будет 15*0,8/100=0,12 % соответствует марке стали Ст1

Стали, содержащие от 0,8 до 2% углерода, называются заэвтектоидными. Структура заэвтектоидной стали при комнатной температуре состоит из перлита и вторичного цементита, который может располагаться в виде светлых зерен или светлой сетки, расположенной по границам зерен или в виде игл (рис.5.). Вторичный цементит в заэвтектоидной стали, занимает незначительную по величине площадь, и определить ее на глаз затруднительно, поэтому методом, которым определяют содержание углерода в доэвтектоидных сталях, не пользуются. Однако приблизительно содержание углерода в заэвтектоидных сталях определить можно.

Например, пусть поля шлифа содержит 90% перлита и 10% вторичного цементита. Зная, что углерод находится как в перлите, так и цементите, составим уравнение для перлита:

100% п – 0,8% С

90% п – Х1

Х1=90*0,8/100 = 0,72% С

для цементита:

100% ц – 6,67%

10% п – Х2

Х2=10*6,67/100=0,667

Х_общ.= х₁+х₂

общее содержание составит

Х_общ.= 0,667+0,72=1,387

Таблица 1.

Аустенит (A) – твердый раствор внедрения углерода в гамма-железе.

Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в альфа-железе.

Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом (Fe₃C).

Ледебурит (Л) - эвтектическая смесь аустенита и цементита.

Перлит (П) - эвтектоидная смесь феррита и цементита.

Содержание отчета:

1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Изобразить участок диаграммы состояния Fe – Fe₃C для сталей, с содержанием углерода до 2,14%.
4. Расчетное содержание массовой доли углерода по структуре расчетным путем и определение марки углеродистой стали по таблице 1.