Порядок проведения работы и содержание отчета

1. Произвести испытание на твердость образца отожженной стали на приборе Бринелля.

2. Измерить при помощи микроскопа диаметр отпечатка. По результатам измерения по специальной таблице определить твердость по Бринеллю.

3. Вычислить величину предела прочности отожженной стали, зная ее твердость по формуле 1.

4. Произвести испытание на твердость образцов отожженной и закаленной стали на приборе Роквелла.

5. Перевести числа твердости по Роквеллу в числа твердости по Бринеллю по соответствующей таблице.

6. Занести в таблицу результаты определения твердости различными способами .

7. Указать области применения различных способов определения твердости.

Работа № 3

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ

СПЛАВОВ В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

Цель работы - изучить диаграмму состояния системы железо-углерод и микроструктуру отожженных углеродистых сталей. Установить влияние углерода на механические свойства железоуглеродистых сплавов и ознакомиться с классификацией и назначением углеродистых сталей.

Краткие теоретические сведения

Основными компонентами железоуглеродистых сплавов являются железо и углерод.

Железо обладает полиморфизмом - способностью претерпевать аллотропические превращения при нагревании и охлаждении. Железо в зависимости от температуры может находиться в различных моди­фикациях.

При нормальной температуре железо имеет решетку объемно-центрированного куба, обозначается Fe_ и обладает магнитными свойствами. При температуре 768°С железо теряет магнитные свойства. При температуре 910°С происходит первое полиморфное превращение железа. Объемно-центрированный куб переходит в гранецентрированный куб. Эта модификация обозначается Fe_. Железо приобретает особую пластичность, вязкость, увеличивается способность растворять углерод, но остается немагнитным.

Второе аллотропическое превращение происходит при температуре 1401°С. Кристаллическая решетка Fe_γ вновь переходит в объемно-центрированную кубическую решетку и остается немагнитной. Эту модификацию железа обозначают Fe_. При охлаждении железа полиморфные превращения происходят в обратной последовательности.

Углерод в сплавах с железом образует жидкий раствор, твердые растворы внедрения и химическое соединение Fe₃C.

Твердые фазы системы.

Феррит (Ф) - твердый раствор внедрения углерода в -железо. При температуре 727 °С -железо растворяет до 0,025% С, а при 20 °С - до 0,006 % С. Сталь с ферритной структурой имеет свойства, близкие к свойствам железа (80 НВ).

Аустенит (А) - твердый раствор внедрения углерода в -железо. При температуре 1147°С -железо растворяет до 2,14% С, а при 727 °С - 0,8% С. Аустенит устойчив при высоких температурах. Аустенит обладает высокой вязкостью, имеет низкий предел текучести при сравнительно высоком значении временного сопротивления, парамагнитен. Имеет твердость 230 НВ.

Цементит (Ц) - химическое соединение железа с углеродом, кар­бид железа Fe₃C, содержит 6,67% С, имеет сложную кристаллическую решетку. Цементит - самая твердая и хрупкая структурная состав­ляющая железоуглеродистых сплавов. Твердость в переводе на еди­ницы Бринелля 800 НВ.

Двухфазные структуры.

Перлит (П) - эвтектоидная смесь, которая образуется при распаде медленно охлаждающегося аустенита. Состоит из пластинок или зерен цементита и феррита. Перлитная структура стали получает­ся при 0,8%С. Механические свойства перлита определяются формой и дисперсностью частиц цементитной фазы: чем мельче смесь, тем выше механические свойства. Пластинчатый перлит имеет твердость 180-220 НВ, зернистый перлит — 160-200 НВ.

Ледебурит (Л) - эвтектическая смесь, состоящая из однородной смеси аустенита и цементита, образуется при температуре 1147^оС из жидкого раствора, содержащего 4,3 %С.

Ниже температуры 727^ºС аустенит превращается в перлит, при этом ледебурит состоит из смеси перлита и цементита. В данном случае ледебурит обозначается Л´.

Линии диаграммы делят ее на области, характеризующиеся определенным фазовым или структурным состоянием. На рис. 1 указан фазовый и структурный состав по областям диаграммы.

Железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2,14% углерода, называются сталями; сплавы, содержащие более 2,14% углерода, называются чугунами.

Рис. 1. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов.