2. Перечень основного оборудования, контрольно-измерительных приборов и материалов, используемых на занятии

• образцы микрошлифов и сплавов;

• микроскоп металлографический вертикальный МИМ-7.

Ознакомиться с оборудованием, материалами и КИП используемыми на занятиях и их характеристики занести в табл. 5.

Таблица 5

Характеристика основного оборудования, материалов и КИП

Наименование оборуд., материалов и КИП	Марка или тип	Номинальные данные

3. Порядок выполнения работы и обработка результатов

1. Включить микроскоп МИМ-7 и настроить его для работы.

2. Поместить исследуемый шлиф протравленной поверхностью вниз на предметный столик.

3. Просмотреть микрошлиф сплавов и зарисовать микроструктуру шлифа.

4. Определить структурные составляющие шлифа.

4. Содержание отчета

1. Тема и цель практического занятия.

2. Краткое теоретическое описание сущности микроскопического анализа, с изображением микроструктуры железоуглеродистых сплавов (рис. 4, 5).

3. Характеристика основного оборудования и КИП согласно табл. 5.

4. Выводы.

5. Контрольные вопросы

1. Что такое микроанализ?

2. Что называется микрошлифом?

3. На чем основано выявление структуры сплавов?

4. Что определяется при помощи микроанализа?

5. Как приготовить микрошлиф?

6. Какие существуют способы обработки поверхности?

7. Для чего необходимо травление образцов и какие реактивы применяются при травлении?

8. Сущность процесса травления?

Практическое занятие № 3

Тема: Влияние скорости охлаждения углеродистых сталей на их структуру и твердость.

Цель: Изучить влияние охлаждающей среды и скорости охлаждения на твердость углеродистых сталей при их термической обработке.

Время проведения: 2 часа.

1. Краткие теоретические сведения

Термической обработкой называют технологические процессы, состоящие из нагрева и охлаждения металлических изделий с целью изменения их структуры и свойств без изменения их химического состава.

Основной механизм термической обработки это перекристаллизация сплавов в твердом состоянии при их нагреве и охлаждении. Процессы термической обработки стали и чугуна основаны на явлении вторичной кристаллизации по линиям GS(A_C3), SE(_ACm), PK(_AC1). Термической обработке подвергают слитки, отливки, полуфабрикаты, сварные соединения, детали машин, инструменты.

Технология термической обработки заключается в нагреве сплава до определенной температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении с различными скоростями (рис. 6).

В зависимости от температурных режимов термическая обработка подразделяется на следующие виды: отжиг, нормализация, закалка, отпуск.

Отжиг заключается в нагреве стали на 30…50 С выше критических температур (точек А_С1 или А_С3), выдержке заданной температуре и медлен

ном охлаждении (обычно вместе с печью). Цель отжига – устранить внутренние напряжения, измельчить зерно, придать стали пластичность, привести структуру в равновесное состояние.

Н

Рис. 6. Графики термической обработки стали:

1 – отжиг; 2 – нормализация; 3 – закалка в масле; 4 – закалка в воде

ормализация заключается в нагреве доэвтектоидной стали выше точки А_С3, эвтектоидной стали – выше точки А_С1, заэвтектоидной стали – выше точки А_Сm, на 30…50 С, выдержке при данной температуре и последующем охлаждении на воздухе. Цель нормализации доэвтектоидных и эвтектоидных сталей та же, что и полного отжига. Однако после нормализации твердость и прочность стали будут выше, чем при отжиге. Нормализация применяется для устранения крупнозернистой структуры, выравнивания механических свойств. В заэвтектоидных сталях нормализация устраняет цементитную сетку.

Закалка – процесс нагрева стали выше точки А_С3 (полная закалка) или А_С1 (неполная) на 30…50 С с последующим быстрым охлаждением.

Цель закалки – получение высокой твердости и заданных физико-механических свойств.

Свойства сталей после термической обработки во многом зависит от вида охлаждающей среды. Для изменения скорости охлаждения в воду добавляют соли, щелочи или используют охлаждающие жидкости такие как масло, расплавленные соли металлы.

При закалке в момент погружения изделия в охлаждающую среду вокруг него сразу же образуется пленка перегретого пара (паровая рубашка), через которую и происходит охлаждение – это стадия пленочного кипения. Когда температура поверхности достигает некоторого значения, паровая рубашка разрывается, и жидкость начинает кипеть на поверхности детали - охлаждение проходит быстрее – это стадия пузырчатого кипения. И когда температура поверхности становится ниже температуры кипения жидкости, охлаждение опять замедляется – идет стадия конвективного теплообмена.

Подбирая охлаждающую среду, а, следовательно, и скорость охлаждения, можно получить различные структуры: крупно- и мелкозернистые, зернистые, пластинчатые и игольчатые отличающиеся дисперсностью и твердостью.

При медленном охлаждении по линии РК происходит полное распадение аустенита с образованием структуры перлита. Распадение происходит с образованием двух фаз: крупных пластин цементита на перлитной основе. Размеры этих пластинок измеряются тысячными долями миллиметра.

При увеличении скорости охлаждения до 50 град/с, распадение цементита не успевает полностью закончиться, но степень измельченности (дисперсности) пластинок цементита становятся более высокой. Размеры пластинок цементита измеряются десятитысячными долями миллиметра и различимы только очень больших увеличениях. Такая структура называется сорбитом.

При увеличении скорости охлаждения до 100 град/с успевает завершиться этап распадения аустенита. В результате размеры пластинок цементита измеряются стотысячными и миллионными долями миллиметра. Такая структура носит название троостита. Наличие тончайших пластинок цементита можно обнаружить с помощью электронного микроскопа.

При скорости охлаждения 150-200 град/с успевает завершиться перегруппировка атомов железа, поэтому углерод остается в виде твердого раствора в  – железе. Эта структура называется мартенситом.

Следовательно перлит, сорбит и тростит по структуре представляют смесь двух фаз – феррита и цементита и отличаются друг от друга только степенью дисперсности цементита, а мартенсит содержит только одну фазу – твердый раствор углерода в  – железе.

Для крупных, но простых по форме деталей из углеродистой стали, применяют воду или водные растворы щелочей.

Охлаждение в водных растворах кислот, солей и щелочей лучше чем охлаждение в чистой воде, так как нет периода пленочного кипения. Причем изменение температуры среды влияет на охлаждающую способность. В инструментальном производстве применяют 5…15% растворы NaCl в воде. Для изделий сложной формы, склонных к короблению и трещинообразованию – растворы щелочей.