Выполнил:

Евсеев Данил, ПМК-19-1

№ варианта 9
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

МИКРОСТРУКТУРА ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ (СТАЛИ)

Цель работы – приобретение знаний, умений и навыков в изучении микроструктуры сталей.

Задачи.

1. Изучить микроструктуру углеродистых сталей в равновесном (отожженном) состоянии.

2. Построить графики охлаждения сталей с различным содержанием углерода и пояснить все структурные изменения, происходящие при этом; зарисовать структуру сталей, расшифровать ее и указать примерную область применения.

Основные теоретические положения
Углеродистыми сталями являются сплавы на основе железа, содержащие до 2,14% углерода. Углерод может ограниченно растворяться в железе. Растворимость углерода в железе зависит от температуры и типа кристаллической решетки железа. Структура сталей в равновесном состоянии зависит от содержания углерода и может быть определена по диаграмме состояния Железо–Цементит (рисунок 1).



Растворимость углерода в Feα ограничена линией PQ и не превышает 0,02 % даже при 727 °С (ограниченный твердый раствор углерода в Feα называют ферритом). Основная доля углерода в сталях присутствует в виде карбида железа Fe3C (цементита).

При содержании углерода 0,8 % структура стали в равновесном состоянии состоит из перлита, представляющего собой гетерогенную смесь феррита и цементита, образовавшуюся в результате эвтектоидного превращения аустенита. Если аустенит был однородным по составу, то перлит имеет пластинчатое строение, а если температура нагрева была недостаточно высокой, и аустенит остался неоднородным по составу, то выделяющиеся при эвтектоидном превращении частицы цементита могут приобрести округлую зернистую форму. Перлит с таким цементитом называют зернистым.

В результате травления шлифа спиртовым раствором азотной кислоты зерна феррита и цементита остаются светлыми, а колонии перлита становятся темными. Такая окраска перлита создается благодаря тому, что в дисперсной структуре перлита очень велика поверхность границ между двумя фазами ферритом и цементитом. В

---

среде электролита, которым является раствор кислоты, эти фазы образуют микрогальваническую пару и фаза-анод (в этом случае – феррит) растворяется быстрее.

На перлите образуется большое количество канавок, на которых происходит интерференция света или рассеяние. При больших увеличениях можно различить в
колониях перлита отдельные пластинки феррита и цементита. По отношению к эвтектоидной концентрации углеродистые стали делят на доэвтектоидные, содержащие не более 0,79 % С, эвтектоидную с содержанием углерода 0,80 % и заэвтектоидные, содержащие углерода более 0,81 %. При этом стали, содержащие до 0,02 % С называют техническим железом.

Структура технического железа представляет собой относительно равноосные зерна, разделенные тонкими, темными границами. Отдельные зерна феррита при наблюдении под микроскопом выглядят немного темнее остальных. Различная окраска зерен феррита объясняется проявлением анизотропии химических свойств кристаллов по-разному ориентированных относительно плоскости шлифа. Если содержание углерода превышает 0,006 %, то в структуре технического железа можно наблюдать выделения третичного цементита, которые располагаются либо по границам зерен феррита в виде тонких прослоек, либо внутри зерен в виде мельчайших кристаллитов. Феррит является мягкой и пластичной фазой, а цементит – тверд и хрупок. Поэтому его присутствие уменьшает пластичность железа и малоуглеродистых сталей.

В сталях, содержащих углерода более 0,02 %, в процессе отжига формируются колонии перлита. Количество перлита зависит от содержания углерода в стали. Чем
больше углерода, тем больше доля перлита и меньше доля феррита. Используя микроскоп, можно в доэвтектоидной углеродистой отожженной стали определить количество углерода. Для этого нужно определить долю площади шлифа занимаемую перлитом. Если пренебречь малой растворимостью углерода в феррите (0,006 %) и считать, что весь
углерод стали сосредоточен в перлите, то можно вычислить содержание углерода по формуле 1:



В заэвтектоидных сталях при отжиге эвтектоидному превращению

---

предшествует выделение из кристаллитов аустенита избыточного углерода. Выделяясь из аустенита, углерод в присутствии железа образует цементит (карбид железа), который, располагаясь между зернами аустенита, образует оболочку, разделяющую их (зерна аустенита). В плоскости шлифа такая оболочка выглядит в виде сетки. Цементит, выделившийся при охлаждении аустенита в заэвтектоидных сталях называют вторичным. Выделения цементита вторичного по границам колоний перлита в виде оболочки (сетки) делает сталь хрупкой и не пригодной для использования. Поэтому в практике заэвтектоидные стали обрабатывают на зернистый перлит (с зернистым цементитом), имеющий более высокую вязкость.

Практическая часть
1. Охарактеризовать ж/у сплав по содержанию углерода
По отношению к эвтектоидной концентрации сталь с содержанием 0,55 % углерода относится к доэвтектоидной, так как содержит не более 0,79 % С.

Проведем на диаграмме вертикальную линию, соответствующую концентрации заданного сплава 0,55 % С. Точки пересечения вертикали с линиями диаграммы являются критическими для данного сплава. Температуры критических точек равны 1500°С; 1410 °С; 791 °С; 727 °С. Его структура при комнатной температуре - Феррит + Перлит.

В исходном состоянии сталь имеет структуру, состоящую из зерен феррита (твердый раствор внедрения углерода в ОЦК-решетке железа) и зерен перлита (механическая смесь из феррита и цементита).
2. Построить кривую охлаждения (указать фазовые и структурные составляющие)





Рисунок 1 График охлаждения стали
Интервал 1-2: Кристаллизация аустенита из жидкости

До 1 фаза: Ж

1-2 фаза: Ж+А

2-3 фаза: А

Интервал 3-4: превращение части аустенита в феррит (путем полиморфного превращения):

3-4 фаза: А+Ф

При этом оставшаяся часть аустенита обогащается по углероду до 0,8 %, согласно правилу отрезков.

4-4’:Эвтектоидное превращение оставшейся части аустенита (на кривой охлаждения – горизонтальная линия 4–4^/)

---

фаза: А->П(Ф+Ц)

4. Выделение избыточного цементита третичного (Ц_III) из феррита

Фаза: Ф+П
3. Зарисовать структуру сплава и расшифровать ее

Равновесная структура этого сплава – смесь феррита и перлита .



Рисунок 2 Структура стали

Вывод: опытным путем установлено , что равновесная структура сплава с содержанием 0,55% углерода – смесь феррита и перлита . Построена кривая охлаждения , определены степени свободы и фазовые составы.


Ответы на контрольные вопросы

1. 
   Углеродистыми сталями являются сплавы на основе железа, содержащие до 2,14% углерода.
   
2. 
   Растворимость углерода в Feα ограничена линией PQ и не превышает 0,02 % даже при 727 °С
   
3. 
   Перлит – это эвтектоидная смесь кристаллов феррита и цементита.
   
4. 
   0,8% С
   
5. 
   более 0,81 %.
   
6. 
   Смесь феррита и перлита
   

---

Смотрите также файлы

• Отчет по технологической практике Организация производства на Магнитогорском металлургическом комбинате в эспц.rtf

• Лабораторная работа 6 Аттестация нестандартизованного термопреобразователя сопротивления.doc

• Функция семьи характеристика.docx

• Программа Мыски 2023 Рабочая программа разработана учителем физики Жгут Н. И.docx

• Сынып 6 А, , Б ткізген А. Кенжалина Р. Бердімратова 2022 жыл Масаты.docx