Лабораторная работа 1 макроструктура и изломы сталей и сплавов Цель работы

№

п/п

Макрошлиф

или излом

Краткое описание макроструктуры, излома, макродефекта

Макроструктура литого металла

1

Макрошлиф слитка спокойной стали

Спокойная сталь раскисляется марганцем, кремнием и алюминием. На продольном темплете слитка спокойной стали видны три зоны: мелкозернистая корка, столбчатые кристаллы, равноосные зерна. В осевой части слитка сосредотачиваются примеси и неметаллические включения (сульфиды, оксиды и др.).

При затвердевании обычно образуются кристаллы древовидной формы, называемые дендритами, которые служат структурным признаком литого металла. К дефектам спокойной стали относятся усадочная раковина, неметаллические включения, газовые пузыри, ликвация, трещины

2

Темплет

кипящей стали

Кипящая сталь раскисляется только Mn и отличается низким содержанием С  0,23 % и Si  0,05 %. В слитке этой стали содержатся большие газовые (сотовые) пузыри по всему объему, которые образуются вследствие реакции восстановления железа углеродом FeO+C=Fe+CO.

При горячей деформации слитка газовые пузыри, поверхность которых не окислена, завариваются, сталь становится компактной, сплошной, характеризуется высокой деформируемостью в холодном состоянии и поэтому широко применяется для изделий, изготавливаемых методом холодной пластической деформации (кузова легковых автомобилей, крепежные изделия и др.)

3

Ликвация

Ликвация подразделяется на зональную и дендритную. Зональная ликвация характеризует неоднородность химического состава по объему слитка, дендритная - по объему дендритов. Ликвацию оценивают по серному отпечатку, на котором она видна в виде скопления темных неметаллических включений-сульфидов.

Ликвация серы служит причиной красноломкости при горячей деформации стали, а ликвация фосфора – хладноломкости

4

Отливка со сплошной зоной кристаллизации

Зона столбчатых кристаллов распространяется по всему сечению до взаимного их соприкосновения. Такая макроструктура является дефектной из-за ее высокой хрупкости

Макроструктура деформированного металла

5

Макрошлиф деформиро-ванного металла

Волокнистость – структурный признак деформированного металла, образующуюся в результате вытягивания при деформации примесей и неметаллических включений, расположенных по границам зерен. Волокнистость приводит к анизотропии механических свойств металла, т.е. к их различию в зависимости от направления волокон

6

Макрошлиф рельса

В центре сечения рельса заметно выражена ликвационная зона. Горячая деформация, благодаря диффузионным процессам, сводит структурную и дендритную ликвацию к минимуму

7

Прокатанная сталь с осевыми трещинами

Усадочная рыхлость слитка при пластической деформации может привести к образованию осевых трещин у высоколегированных сталей, отличающихся пониженной теплопроводностью

8

Прокатанная сталь с надрывами

При прокатке трудно деформируемой или недостаточно раскисленной стали на боковых поверхностях заготовок могут образоваться надрывы (рванины)

9

Образец прокатанной стали с расслоением

Большие газовые пузыри, поверхности которых загрязнены неметаллическими включениями, могут быть причиной появления внутренних и внешних расслоений с поверхностями раздела

10

Заготовка с волосовинами

Волосовины - мелкие поверхностные трещины, представляющие собой вытянутые вдоль направления деформации несплошности металла: газовые пузыри, неметаллические включения

Строение изломов

11

Излом с флокенами

Флокены - скопления внутренних мелких трещин, которые в продольном изломе имеют вид серебристых пятен, а в поперечном – скоплений извилистых трещин. Обычно флокены появляются после горячей деформации в легированных сталях при их охлаждении в интервале температур 250-100 ^ОС или последующем вылеживании вследствие внутренних напряжений, вызванных скоплениями водорода, появившимися в результате уменьшения его растворимости в феррите. Для предупреждения образования флокенов проводят дегазацию металла путем вакуумирования или медленного охлаждения (до трех суток) в специальных установках

12

Образец с камневидным изломом

Хрупкий крупнокристаллический межзеренный излом часто с видимой огранкой зерен. Наблюдается при сильном перегреве (свыше 1200^ОС) литых или горячедеформированных легированных сталей

13

Образец с нафталинистым изломом

Хрупкий транскристаллический излом. Характеризуется отдельными очень крупными зернами с гладкой блестящей поверхностью. Часто наблюдается в перегретых закаленных быстрорежущих сталях. Исправление этого дефекта возможно с применением двойной термообработки

14

Образец после прокатки с шиферным изломом

Излом имеет шиферное строение в виде мелких расщеплений. Возникает при горячей деформации легированной недостаточно раскисленной стали, содержащей большое количество неметаллических включений и газовых пузырей. Приводит к сильному повышению хрупкости стали

15

Фарфоровидный излом

Гладкий, матовый излом, похожий на излом фарфорового изделия, характеризующий высокое качество термической обработки (отсутствие перегрева)

16

Усталостный излом

Наглядно видны две зоны разрушения: 1 - фарфоровидная усталостного развития трещины, увеличивающаяся под действием циклических знакопеременных нагрузок; 2 - хрупкая или вязкая зона долома

Макрошлифы деталей с поверхностным упрочненным слоем

17

Макрошлиф детали после индукционной закалки.

Видна темная поверхностная полоска закаленного слоя, которую можно измерить. Потемнение упрочненного слоя объясняется более высокой его травимостью, обусловленной изменениями микроструктуры и увеличением свободной энергии

18

Макрошлиф детали после химико-термической обработки.

Видна по контуру детали темная полоска упрочненного химико - термической обработкой слоя (цементацией- диффузионным насыщением поверхности изделия углеродом). Можно оценить качество упрочненного слоя по размеру его толщины и степени однородности по контуру зубьев