Файл: Praktikum матеріалознавство.doc

1. Що визначають точки GтаN на діаграмі стану залізо-вуглець?

2. Як впливає вуглець на температуру поліморфного перетворення заліза?

3. Що визначають точки А₄, А₃, А₂, А₁ для чистого заліза та для його сплавів з вуглецем?

4. Які фази притаманні залізовуглецевим сплавам?

5. Які структури утворюються в залізовуглецевих сплавах?

6. Які перетворення називаються евтектичним, евтектоїдним, перитектичним в залізовуглецевих сплавах?

7. Які структури називається ледебуритом, перлітом?

8. Який цементит називається первинним, вторинним, третинним?

9. Як поділяються залізовуглецеві сплави в важності від вмісту в них вуглецю?

10. Які залізовуглецеві сплави називаються технічним залізом, сталлю, чавуном?

Лабораторна робота № 6 вивчення мікроструктур вуглецевих сталей у рівноважному стані

Мета роботи: отримати навички у проведенні мікроаналізу структур вуглецевих сталей, визначення по них типу сплаву, вміст вуглецю, марки сталі, її властивостей і практичного застосування.

Матеріали та обладнання.Для виконання цієї лабораторної роботи студентам надаються зразки шліфів сталей різного хімічного складу, металографічний мікроскоп, фотографії мікроструктур сталей.

Теоретичні відомості. Мікроструктура вуглецевих сталей в рівноважному стані, отримана після повільного охолодження (відпалу), може бути визначена з діаграми стану ’’залізо-вуглець’’. Сплави , які вміщують вуглецю до 0,02% називаються технічним залізом. Його структура складається зі світлих зерен фериту з добре помітними темними границями (рис.6.1,а), на яких виділяється третинний цементит.(Для того, щоб відрізнити ферит від цементиту, шліфи протравлюють реактивом – пікратом натрію, який забарвлює цементит в темний колір і не діє на ферит). Сплави з вмістом вуглецю 0,02…2,14% називаються сталями. Вони поділяються на доевтектоїдні (0,02…0,8%С), евтектоїдні (0,8%С) і заевтектоїдні (0,8…2,14%С).

Структура доевтектоїдних сталей складається з фериту та перліту (рис.6.1,б), евтектоїдних – тільки з перліту (рис.5.1,в), заевтектоїдних – перліту і вторинного цементиту (Ц_II), який при повільному охолодженні виділяється по границях зерен перліту і спостерігається під мікроскопом у вигляді сітки білого кольору при травленні шліфа розчином азотної кислоти (рис.6.1,г).

Рис.6.1. Схема структур залізовуглецевих сплавів: а - технічного заліза; б – доевтектоїдної сталі; в – евтектоїдної сталі; г – заевтектоїдної сталі

Виділення вторинного цементиту по границях зерен перліту є небажаним, оскільки така структура має підвищену твердість і погано оброблюється різанням. Чим більше в сталі вуглецю, тим ширшою є цементитна сітка і менше утворюється перліту.

Таким чином, із збільшенням вмісту вуглецю в сталі змінюється їхня структура і фазовий склад: зменшується частка м’якого фериту, збільшується кількість твердого цементиту і відповідно з цим зростають твердість (НВ), границя міцності (_В), зменшується пластичність () і ударна в’язкість (КС) – рис.6.2.

По структурі сталі, що знаходиться в рівноважному стані, можна приблизно визначити вміст вуглецю, і, таким чином, марку сталі. Для цього на мікроструктурі, що вивчається під мікроскопом, орієнтовно визначають площі, які займають перлітом і феритом. Вміст вуглецю у фериті, як ми знаємо, при кімнатній температурі менше 0,01% і ним можна знехтувати, тобто прийняти рівним нулю. Вміст вуглецю у перліті – 0,8%.

Наприклад, при мікроструктурному аналізі визначили, що площа, яку займає ферит, складає 30%, а перліт – 70% всієї площі. Тоді кількість вуглецю, що вноситься перлітом визначається за пропорцією:

100% Перліту — 0,8%с

70% перліту —х%

Звідки: х=.

Такий приблизно вміст вуглецю має вуглецева сталь марки 55.

Рис.6.2. Вплив вмісту вуглецю на механічні властивості сталі

Визначати марку заевтектоїдної сталі за такою методикою не варто, оскільки навіть приблизно визначити площу, яку займає цементитна сітка, практично неможливо.

Завдання на роботу.

1. Розглянути під мікроскопом зразки сталі і визначити структурні складові.

2. Вказати клас сталі (до-, за-, чи евтектоїдна).

3. По структурі визначити вміст вуглецю і вказати марку сталі.

4. Зарисувати схеми мікроструктур.

5. Скласти звіт про роботу, в який включити дільницю діаграми стану ’’залізо – цементит’’ для сталей, графік залежності механічних властивостей сталі від вмісту вуглецю, механічні властивості розглянутих марок сталей, висновки про роботу.

Контрольні питання для самопідготовки

1. Які сталі називаються доевтектоїдними, заевтектоїдними?

2. Яка структура в доевтектоїдних сталях при їх рівноважному стані?

3. Яка структура в заевтектоїдних сталях при їх рівноважному стані?

4. Як можна визначити марку сталі за її структурою?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7

ВИВЧЕННЯ МІКРОСТРУКТУРИ ТА ВЛАСТИВОСТЕЙ ЧАВУНІВ

Мета роботи: отримати навички визначення за мікроструктурою виду чавуну, оцінити його механічні властивості, встановити орієнтовно марку (крім білого чавуну) та сферу його використання.

Матеріали та обладнання.Для виконання даної лабораторної роботи потрібні: зразки мікрошліфів та фотографії мікроструктур чавунів різних типів, металографічний мікроскоп.

Теоретичні відомості. За хімічним складом чавуни відрізняються від сталей більш високим вмістом вуглецю (більше 2,14%) і постійних домішок (S, P, Si, Mn). Чавун має більш низькі механічні властивості, ніж сталь. Однак, його гарні технологічні властивості (ливарні, оброблюваність різанням, зносостійкість, антифрикційні властивості тощо) роблять чавун придатним для виготовлення різноманітних деталей для машин різного технологічного призначення в тому числі і для сільськогосподарських машин.

В залежності від стану вуглецю чавуни поділяються на дві групи: білі чавуни, в яких весь вуглець знаходиться в складі хімічної сполуки Fe₃C (цементиту), і графітизовані чавуни, в яких весь вуглець або більша його частина знаходиться у вільному стані у вигляді графіту.

Структура білих чавунів залежить від вмісту вуглецю і відповідає діаграмі стану залізо-цементит (рис.7.1).

Рис. 7.1. Діаграма стану системи залізо-цементит.

За вмістом вуглецю чавуни поділяються на:

Доевтектичні (2,14 …4,3%С, на діаграмі стану від точки Е до точки С)). Їх структура має три складових — перліт, ледебурит, вторинний цементит (рис. 7.2, а). Перліт спостерігається під мікроскопом у вигляді темних зерен, частина цементиту вторинного – світлих оболонок навкруги перлітних зерен, а інша частина зливається з цементитом ледебуриту і під мікроскопом як окрема складова не спостерігається; ледебурит має вигляд ділянок з невеликими темними зернами округлої або витягнутої форми перліту, рівномірно розташованих у білій цементитній основі.

Рис. 7.2. Мікроструктури білих чавунів: а – доевтектичного; б – евтектичного; в – заевтектичного

Евтектичний чавун (4,3%С) складається з ледебуриту — механічної суміші перліту з цементитом (рис.7.3, б).

Заевтектичний чавун (4,3…6,7%С) має дві структурні складові — первинний цементит і перліт (рис.7.3,в).

Білі чавуни надто крихкі та тверді, погано обробляються різальним інструментом і в машинобудуванні використовуються дуже рідко (зірочки для очистки литва від пригару, кулі млинів), зазвичай вони йдуть на виготовлення ковкого чавуну.

Конструкційними чавунами є графітизовані чавуни, які поділяються на чотири види в залежності від форми графітних включень у їх структурі: сірі, ковкі, високоміцні та чавуни з вермикулярною формою графіту. Структура металевої основи в усіх цих чавунах може бути феритною, феритно-перлітною або перлітною.

В сірих чавунах графіт має пластинчасту форму (рис 7.4, а), в ковких — компактну пластівчасту (рис.7.4, б), у високоміцних — кулясту (рис.7.4, в), у чавунах з вермикулярною формою — у вигляді коротких потовщених пластин з округлими кінцями (рис.7.4, г). Цю форму можна розглядати як проміжну між пластинчастою і кулястою.

Пластинчаста форма графіту в сірому чавуні суттєво знижує механічні властивості чавуну, зокрема міцність, пластичність, ударну в’язкість. В той же час графітні включення полегшують оброблюваність різанням, роблять стружку ламкою, підвищують зносостійкість і здатність поглинати вібрації і резонансні коливання, надають чавуну добрих ливарних властивостей. Отриманню сірих чавунів сприяє повільне охолодження виливків, підвищений вміст кремнію та знижений марганцю а також такий захід як модифікування рідкого чавуну феросиліцієм або силікокальцієм. Сірий чавун – складний сплав, хімічний склад якого коливається в таких межах: 3,2...3,8% С; 1,0...3,5% Si; 0,5...0,8% Mn; 0,2...0,4% Р; до 0,12% S. Виготовляють такий чавун за ГОСТ1412-85 марок: СЧ10; СЧ15; СЧ20; СЧ25; СЧ30; СЧ35; СЧ40; СЧ45 (С – сірий, Ч – чавун, цифри показують міцність чавуну в кг/мм²). Твердість сірого чавуну коливається від НВ129 до НВ269 в залежності від марки. Пластичність сірого чавуну мізерно мала (відносне видовження  не перевищує 0,5%), тому він може застосовуватись для виготовлення деталей, які не зазнають навантажень на розтяг і удар. Це блоки циліндрів, картери, гільзи, циліндри парових машин, маховики, станини металорізальних верстатів тощо.

Ковкий чавун (ГОСТ 1215-79). Ковким називається чавун, в якому графіт має пластівчасту (кляксоподібну). Така форма графіту утворюється з білого чавуну внаслідок його тривалій витримці (відпалюванні) при температурі 950...1000^оС. Назва “ковкий” не означає, що цей чавун можна кувати, або піддавати будь-якій іншій обробці тиском. Це суто ливарний матеріал а назва свідчить тільки про його більшу пластичність порівняно із сірим чавуном. Ковкий чавун поділяється на марки: КЧ30-6; КЧ33-8; КЧ35-10; КЧ37-12; КЧ45-6; КЧ50-4; КЧ56-4; КЧ60-3; КЧ63-2 (К – ковкий, Ч – чавун, перші дві цифри показують міцність у кг/мм², другі – відносне видовження в процентах). Хімічний склад ковкого чавуну знаходиться в межах: 2,4...2.8%С; 0,8...1,4% Si; 0,3...1,0% Mn; 0,08...0,1% S; до 0,2% P. Понижені значення вмісту вуглецю та кремнію і підвищений марганцю потрібні для того, щоб у виливках була структура білого чавуну. З цією ж метою товщина стінок виливків не повинна перевищувати 40...50 мм. При більших розмірах в стінках можливе утворення пластинчатого графіту і чавун стає непридатним для відпалювання.