Структура углеродистой стали

Цель работы: ознакомиться с обозначением, строением и свойствами фаз и структурных составляющих диаграммы состояния сплавов железоцементит для области сталей; выполнить анализ этой части диаграммы; записать классификацию сталей по диаграмме (по структуре); рассмотреть микроструктуру четырех марок сталей, зарисовать их. Определить по структуре количество углерода в каждой из них и записать их марку по ГОСТ 1050-88 или ГОСТ 1435-90.

Оснащение рабочего места

1. Три - пять комплектов микрошлифов шести марок углеродистой стали.

2. Металломикроскопы - 3...5 шт.

3. Плакаты: «Диаграмма состояния сплавов системы железо цементит»; «Фазы и структурные составляющие диаграммы состояния сплавов железоцементит».

Общие положения

Линии диаграммы (критические температуры сплавов) означают изменение строения и свойств сплавов.

Две верхние линии (ликвидус и солидус) обозначают первичные превращения сплавов, т.е. изменение строения при переходе из жидкого состояния в твердое и наоборот.

Линии ниже второй сверху называются линиями вторичных превращений (перекристаллизации), они обозначают изменение строения в твердом состоянии.

На диаграмме (рис. 1): Ж - жидкий расплав сталей; А - аустенит, твердый раствор углерода в железе с ГЦК решеткой – Fe_g (С); Ф - феррит, твердый раствор углерода в железе с ОЦК решеткой (практически чистое железо) – Fe_α(С); Железо Fе_a(С) ОЦК решеткой содержит (при 727ºС) 0,02% С; Ц - цементит, карбид железа, Fе₃C, содержит 6,67 % С; П - перлит, эвтектоид, т.е. механическая смесь кристаллов (зерен, пластин) Ф и Ц, П = Ф + Ц и содержит 0,8 % С.

Рассмотрим охлаждение стали 40: при температуре точки 3 из А начинает выделяться новая фаза Ф; от точки 3 до точки 4 количество вновь родившейся фазы Ф растет (отрезок справа, т.к. действует правило «родился → растет», т.е. отрезок, который растет, означает количество родившейся фазы). При этом в остатках А, из которого выделяется Ф (чистое железо), количество углерода растет по линии, на которой стоит точка 3; при t = 727°C, т.е. точка 4, в остатках А количество углерода равно 0,8%. Происходит А_(0,8%С) →П_(0,8%С), причем пока не закончится это превращение, температура постоянна и равна 727º С (см. участок 4 – 4’ на графике охлаждения); при t < 727°С происходит остывание стали и она состоит из перлит + феррит.

Рассмотрим нагревание стали У13: до точки 4 (727°С) сталь состоит из Ц (левый отрезок) и П (правый отрезок); в точке 4 (t = 727°C) П _(0,8%С) → A _(0,8%С), причем пока идет это превращение, температура постоянна (см. 4' - 4 на графике нагревания) и равна 727° С. Выше точки 4 (t > 727°С) количество родившейся фазы (А) увеличивается, а «старая» Ц (левый отрезок) уменьшается. При температуре точки 3 вся «старая» фаза Ц растворилась в А; при температуре от точки 3 до точки 2 идет нагревание А; в точке 2 - начало расплавления, т.е. родилась новая фаза Ж (отрезок слева, волнистая линия). От точки 2 до точки 1 количество вновь родившейся фазы Ж растет (отрезок волнистой линии слева растет); и в точке 1 весь сплав перешел в Ж (справа отрезка твердого А нет).

Задание студенту

1. Ознакомиться с фазами и структурными составляющими диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов системы железоцементит.

2. Выполнить анализ превращений, происходящих при нагревании стали 40 и охлаждении стали У13.

3. Рассмотреть в металломикроскоп микрошлифы шести марок углеродистой стали и оформить отчет.

Содержание отчета

1. На диаграмме состояния сплавов железоцементит обозначить фазы и структурные составляющие в области сталей, записать их обозначение, определение и свойства.

2. Рассмотреть микрошлифы шести марок углеродистых сталей, зарисовать их, определить количество углерода в каждой из них и записать марку стали по ГОСТ (ближайшую по содержанию углерода).

3. Записать вывод (по рис. структуры рассмотренных сталей).

Схема микроструктуры стали	Описание структуры стали	Класси-фикация стали	Площадь занятая перлитом, %	Содержание углерода в стали. Марка стали по ГОСТ
		Доэвтек-тоидная	20	Сталь 15 ГОСТ 1050-88

Контрольные вопросы

1. Дать определения, что такое сталь и чугун.

2. Дать определение фаз и структурных составляющих диаграммы состояния в области сталей. Каковы их свойства обозначение, строение?

3. Почему на линиях диаграммы начинается и затем продолжается изменение строения сплавов?

4. До какой структуры (температуры) надо нагреть сталь (дать название структуры); чтобы хорошо ковалась?

5. Проанализировать по диаграмме Fe – Fe₃C охлаждение из жидкого состояния стали У10, стали 80 и нагревание до расплавления стали 20.

6. Какова структура стали 20 при 800°С? Указать соотношение жидкой и твердой фаз, их химсостав.

7. Какова структура стали У10 при 1300°С.

8. Какие выводы следуют из рисунков микроструктуры шести марок углеродистой стали?

Литература

1. Арзамасов Б.Н. и др. Материаловедение, М.: 1986.

2. Лейкин А.К. и др. Материаловедение. М.: 1981.

3. Шишко Л.А. Система железо-углерод. М.: 1976.

4. Л. Ван Флек. Теоретическое и прикладное материаловедение. М.: 1975.

Лабораторная работа № 6