СЕВЕРО – КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. М. КОЗЫБАЕВА

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

И ТЕРМООБРАБОТКА

Часть 2

учебно-методическое указание

к лабораторным работам

для технических специальностей бакалавриата

Петропавловск

2010

Методическое указание к лабораторной работе по дисциплине«Конструкционные материалы и термообработка», для студентов специальностей 050712 – «Машиностроение»,

разработано В.К.Бондарев., переработано в соответствии с ГОСО РК ст. преподавателем Липинской Н.И.

Рассмотрено на заседании кафедры «Технология машиностроения»

Протокол №_____

«___»________2010 г

Зав. кафедрой ______________Демьяненко А.В.

Содержание

ДОМАШНЯЯ ПОДГОТОВКА 4

1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ

   1. Цель работы 5

   2. Техническое оснащение работы 5

   3. Задание 5

   4. Основные теоретические положения 5

   5. Вопросы для допуска 13

   6. Порядок выполнения работы 13

   7. Содержание отчета 14

   8. Контрольные вопросы 14

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. МИКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ЧУГУНОВ

   1. Цель работы 15

   2. Техническое оснащение работы 15

   3. Задание 15

   4. Основные теоретические положения 15

   5. Вопросы для допуска 22

   6. Порядок выполнения работы 23

   7. Содержание отчета 23

   8. Контрольные вопросы 23

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 25

ПРИЛОЖЕНИЕ А Техника безопасности 26

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Форма бланка отчета по лабораторной

работе 29

Домашняя подготовка

При подготовке к лабораторной работе студенту необходимо:

• ознакомиться с инструкцией по технике безопасности см. Приложение А (обязательное);

• ознакомиться с методическими указаниями по выполнению работ, которые можно получить: в библиотеке СКГУ, электронный вариант;

• изучить теоретические сведения, приведенные в каждой лабораторной работе;

• ответить на контрольные вопросы к допуску;

• на основе полученных методических указаний к выполнению лабораторной работы подготовить шаблон отчета, включающий цель работы, ответы на вопросы к допуску, таблицы для заполнения результатов эксперимента;

• подготовленный шаблон отчета представить перед выполнением работы преподавателю для получения допуска к работе.

1 Лабораторная работа изучение микроструктуры углеродистых сталей и чугунов

1.1 Цель работы

Практическое ознакомление с методикой микроскопического анализа металлов, изучение микроструктуры углеродистых сталей и чугунов.

1.2 Техническое оснащение работы

Металлографический микроскоп МИМ-8, набор микрошлифов углеродистых сталей и чугунов с различным содержанием углерода, «Атлас микрошлифов структур металлов и сплавов».

1.3 Задание

На основе эталонных микрошлифов образцов сталей и чугунов изучить под металлографическим микроскопом их микроструктуры.

1.4 Основные теоретические положения

Фазовые и структурные превращения, происходящие при различных температурах, определяют по диаграмме состояния «железо-цементит» (рисунок 1).

Из диаграммы состояния видно, что первичная кристаллизация происходит в интервале температур, определяемых на линии ликвидус (АВСД) и солидус (AHNJECF). Критические точки начала вторичной кристаллизации сталей расположены на линии GSE, а окончания вторичной кристаллизации - на линии PSK.

Структурными составляющими углеродистых сталей в равновесии являются аустенит (А), феррит (Ф), цементит (Ц), и перлит (П).

Аустенит - твёрдый раствор углерода в γ - железе. В углеродистых сталях эта структура наблюдается только при высоких температурах. Максимальная растворимость углерода в у - железе, составляет 2,14%С.

Ф еррит - твёрдый раствор углерода в а - железе. Растворимость углерода в а - железе при комнатной температуре не превышает 0,008%, при температуре 727°С достигает 0,02%. Под микроскопом феррит имеет ряд различных по величине и ориентировке светлых однородных зёрен с чётко различимыми границами (рисунок 2 а, б).

Рисунок 1- Диаграмма состояния «железо-цементит».

Феррит обладает высокой пластичностью (6=50%) и незначительной твёрдостью (50-90НВ). Цементит - химическое соединение железа с углеродом, карбид железа Fе_зС, содержащий 6,67%С.

.

Х450 X800

а б

в

Рисунок 2- Микроструктуры доэвтектоидных сталей,

Сталь 25 (а), сталь 45 (б) и эвтектоидной, сталь 80 (в).

Травление 4% раствором HNO₃ в этиловом спирте,

х450, х800 - степень увеличения фотографий.

а б

в

Рисунок 3- Заэвтектоидная сталь У-12(а), в стали с содержанием углерода 1,2% микроструктура состоит из пластичного перлита и цементитной сетки х 450, пластичный перлит вэдтектоидной стали с 0,8% (б) и зернистый перлит (в) х 800.

В углеродистых сталях цементит (Ц) образуется в виде пластинок или сетки (рисунок 3а), является самой хрупкой и твердой структурой (750-820НВ).

Перлит (П) - эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита. Перлит - микроструктура дисперсная, под микроскопом имеет вид пластинок перламутра или зерен темно-серого цвета (рисунок 3 б, в). В зависимости от дисперсности он обладает твердостью 190-230НВ. Доэвтектоидные стали (рисунок 2а,б) содержат углерода менее 0,8% и имеют структуру феррит + перлит, эвтектоидные стали(0,8%С) имеют структуру перлит (рис 2 в; Зб,в). Заэвтектоидные стали (более0,8%С) имеют структуру перлита и цементита, располагающегося в виде сетки по границам зерен перлита (рисунок 3а).

По микроструктуре стали можно определить содержание углерода. Для доэвтектоидной стали, находящейся в равновесном состоянии, количество углерода определяют по формуле

С,% = , (1)

где П - площадь, занимаемая перлитом в общей микроструктуре, в % от общей площади поля зрения.

Для заэвтектоидных сталей количество углерода подсчитывают по формуле

С,% = ,

где Ц — площадь, занимаемая вторичным цементитом в % от общей площади поля зрения, видимой под микроскопом.

Этот способ приблизительного содержания углерода в стали применяют при наличии пластичного перлита в микроструктуре микрошлифа.

ЧУГУН. В зависимости от микроструктуры и формы графита чугуны подразделяют на белые,

серые, высокопрочные и ковкие.

В белых чугунах весь углерод находится в связанном состоянии - в виде цементита. В серых, высокопрочных и ковких чугунах большая часть углерода находится в свободном состоянии - в виде графита.

По структуре белые чугуны подразделяют на

доэвектические , содержащие углерода 2,14. ..4,3% (структура их состоит из перлита, вторичного цементита и ледебурита, рисунок4 а),

эвтектические, содержащие 4,3% углерода (структура состоит из ледебурита, рисунок4 б),

заэвтектические, содержащие 4,3. .6,67% углерода (структура - первичный цементит и, ледебурит рисунок 4 в).

Следовательно, структура этих чугунов отличается от структуры стали наличием в них ледебурита и цементита первичного.

Ледебурит (Л) - эвтектическая механическая смесь аустенита и цементита. Содержание углерода в ледебурите равно 4,3%.

а

б в

Рисунок 4- Микрострктуры белых чугунов:

а доэвтектический чугун , перлит + цементит + ледебурит;

б - эвтектический чугун, ледебурит;

в - заэвтектический чугун, ледебурит + цементит.

Серые, ковкие высокопрочные чугуны отличаются друг от друга формой графита: в серых чугунах он имеет вид пластинок (рисунок 5 а), в ковких - форму хлопьев (рисунок5 б), в высокопрочных - шаровидную, глобулярную форму.

Металлическая основа указанных чугунов может быть ферритная, феррито-перлитная.

а б

в

Рисунок 5- Микроструктуры чугунов на ферритной основе: серого(а), ковкого(б), высокопрочного(в) х 450.

Металлическая основа указанных чугунов может быть ферритная, перлитная, ферритно-перлитная.