Лабораторная работа

Микроструктура углеродистых сталей

Цель: - изучение и определение структуры отожженных углеродистых сталей методами металлографического анализа; - изучение устройства металлографического микроскопе МИМ -- 7 и приобретение навыков работы на нем; - освоение технологии изготовления микрошлифов.

1.Теоретическая часть

Задачи микроструктурного анализа

Наименьшее расстояние, на котором человеческий глаз - естественный оптический прибор - отчетливо видит рассматриваемый предмет, равняется 250 мм и называется расстоянием ясного зрения. Для рассмотрения предметов размером менее 0,3 им человеческий глаз необходимо вооружить оптическим прибором, увеличивающим угон зрения, Таким простейшим оптическим приспособлением является пупа, Обычно лупы имеют фокусное расстояние от IO до I00 мм и, следовательно, увеличение от 2,5 до 25 раз. Для получения больших увеличений применяют микроскопы. Оптические металлографические микроскопы позволяют проводить микроанализ и рассматривать строение металлов при увеличёнии от 50 "до 2000 раз; а электронные - до I00 000 раз и более. Микроструктурный анализ металлов и сплавов заключается в исследовать; структуры материалов при увеличениях о помощью микроскопа от нескольких десятков до 2000. Наблюдаемая структура называется микроструктурой. Этот метод впервые разработан русским инженером-металлургом Аносовым П.П. в 1831 г. в дальнейшем усовершенствован англичанином Сорби.

Микроанализ позволяет решать следующие задачи:

1)значительное увеличение позволяет обнаружить элементы размером не менее 0,2мкм, что в большинства случаев достаточно для определения размеров многих фаз, присутствующих в сплавах. Увеличение микроскопа выбирается в зависимости от структуры. В одних случаях нецелесообразно применять большие увеличения; для других сплавов изучение структуры :при большом увеличении является необходимым; 2) на однофазных сплавах можно выявить дислокации, представляющие собой особый вид линейных дефектов кристалла; 3) выявлять структуры сплавов в неравновесном состоянии, в которой многие сплавы применяются в технике. Он позволяет выявить структуру мартенсита в закаленных углеродистых сталях; 4) способ обработки сплава сильно влияет на его структуру у свойства. Микроанализ позволяет определить, каким образом изготовлен сплав; 5) позволяет определить, подвергался ли сплав холодной деформации, находился ли он в наклепанном состоянии или был подвергнут последующему отжигу для

снятия наклепа; б) выявить неметаллические включения графита, сульфидов, оксидов и др.; 7) обнаружить мельчайшие пороки металла - наличие неметаллических включений, микротрешин, раковин и т.д.

Задачи макроструктурного анализа:

1. Строение металлов (зернистое, дендритное, наличие зон кристаллизации, трещин, пузырей). 2. Химическая неоднородность (ликвация) 3. Строение после горячей обработки (волокна). 4. Характер разрушений (вязкое, хрупкое).

Теория травления

Любой металл или сплав является поликристаллическим телом, т.е. состоит из большого числа кристаллов или зерен, различно ориентированных. На границе зерен (даже чистейших металлов) обычно располагаются различные примеси. Кроме того, граница зерен имеет более искаженное кристаллическое строение, чем тело зерна. Вследствие различного потенциала зерен и их гранки в металлах и сплавах образуются микроскопические гальванические пары. Под действием травителя границы зерен, а также структурные составляющие, имеющие более низкий потенциал, будут растворяться быстрее, чем тело зерна или чем структуры, имеющие более высокий потенциал. В результате травления на поверхности шлифа появляется микрорельеф за счет неодинаковой высоты структурных составляющих. Этот микрорельеф создает сочетание света и тени при рассматривании шлифа в микроскоп. Механические смеси различных структур (эвтектики, эвтектоиды) травятся быстрее, чем однофазные структуры (чистые металлы, твердые растворы). т.к. в первом случае образуется большое количество гальванических пар. Кроме того, разность потенциалов у различных структур в большинстве случаев больше, чем у одного сплава и его границы. Микрошлифы сталей травят 3-4% раствором НNОз в спирте, после чего структурно свободные феррит и цементит по сравнению с темным (коричневатым) перлитом выглядят белыми.

Микроструктура углеродистых сталей

На диаграмме состояния железо-углерод сплавы, относящиеся к сталям, расположенным в интервале концентраций углерода до 2.14% т. е. левее точки Е. При температуре ниже 727°С все отожженные углеродистые стали состоят из двух фаз - феррита и цементита. Феррит - это твердый раствор внедрения углерода в а - Fе с объемно-центрированной кубической решеткой. Максимальная растворимость углерода в -Ге составляет около 0,02% (точка Р). Цементит - это карбид железа Fe3С ,содержащий 6,67%С. При температурах выше линии GSЕ равновесной фазой является аустенит - твердый раствор внедрения углерода в j-Fе с гранецентрированной